автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Бетоны с компенсированной усадкой на расширяющих добавках

На правах рукописи

ТИТОВ Михаил Юрьевич

БЕТОНЫ С КОМПЕНСИРОВАННОЙ УСАДКОЙ НА РАСШИРЯЮЩИХ ДОБАВКАХ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 ДПР 2012

Москва 2012 г.

005017897

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона имени A.A. Гвоздева (НИИЖБ им. A.A. Гвоздева) - ОАО «НИЦ «Строительство».

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор, Звездов Андрей Иванович

Официальные оппоненты:

Кузнецова Тамара Васильевна, доктор технических наук, профессор / РХТУ им Д.В.Менделеева, профессор кафедры

Фаликман Вячеслав Рувимович, кандидат химических наук / (НИИЖБ им.А.А. Гвоздева) -ОАО «НИЦ «Строительство», зав. сектором

Ведущая организация

ГУЛ «Моспроект-2» имени М.В. Посохина

Защита состоится 24 апреля 2012 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 303.020.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Открытом акционерном обществе «Научно-исследовательский центр «Строительство» по адресу: 109428, Москва, ул. 2-я Институтская, д.6, корпус 5 (конференц-зал НИИЖБ).

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО «НИЦ «Строительство». Автореферат диссертации размещен на официальном сайте ОАО «НИЦ «Строительство» http://www.cstrov.ru

Отзывы на автореферат диссертации, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская, 6, ОАО «НИЦ «Строительство», отдел подготовки кадров Зикееву Л.Н. тел/факс 8(499)170-68-18, e-mail: zikeev@cstrov.ru

Автореферат разослан «23» марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Зикеев Леонид Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Для повышения эксплуатационных характеристик бетонов в настоящее время широко используются минеральные добавки, среди которых особое место занимают расширяющие. Введение таких добавок в бетон на портландцементе позволяет обеспечить высокую водонепроницаемость, трещиностойкость и долговечность конструкции. При этом новый бетон с использованием расширяющей добавки не только обладает всеми положительными характеристиками бетона на портландцементе, по и позволяет улучшить показатели проницаемости, растяжения при изгибе, снизить величину усадки.

Проблеме усадки и ее влиянию на свойства бетона посвящены многие теоретические и экспериментальные исследования в нашей стране и за рубежом. Усадочные деформации в сочеташш с низкой прочностью бетона па растяжение приводят к появлению трещин в железобетонных конструкциях, особенно в поверхностном слое, повышают их деформативность, снижают долговечность. Одним из способов устранения отрицательных последствий усадки является применение в качестве вяжущего напрягающего цемента (НЦ), состоящего из портландцемента и расширяющего компонента.

Бетон на напрягающем цементе характеризуется рядом отличительных особенностей, а именно расширением и энергией самонапряжения. Бетоны на напрягающих цементах подразделяются на напрягающие - с расчетной величиной самонапряжения и бетоны с компенсированной усадкой (КУ) - ненормируемой величиной самонапряжения.

В то же время такие бетоны, как показал зарубежный опыт, могут быть получены не только с использованием расширяющихся цементов промышленного изготовления, но и путем введения расширяющих добавок (РД) при приготовлении обычных бетонов на портландцементе.

В России, в отличие от зарубежных стран, практика использования РД при производстве бетона пока, к сожалению, не получила широкого распространения: ограничена номенклатура таких добавок, нет достаточного количества данных о свойствах добавок и бетонов на их основе, недостаточно изучено взаимодействие РД с химическими добавками направленного действия, отсутствуют данные о долговечности бетонов с КУ.

Целью работы является развитие научных представлений и разработка практических рекомендаций получения бетонов с компенсированной усадкой (КУ) на основе различных расширяющих добавок, оценка физико-механических и

эксплуатационных свойств таких бетонов для их широкого применения в строительстве.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

- оптимизировать рациональные составы бетонов с КУ на портландцементе и РД методом математического планирования эксперимента и исследовать влияние химических добавок на физико-технические свойства таких беТгонов;

- проанализировать расширяющие добавки для получения бетонов с высокими эксплуатационными характеристиками и исследовать влияние оптимальных составов РД на свойства таких бетонов;

- оценить развитие деформаций усадки бетона с КУ во времени;

- разработать технологии введения РД для получения бетонов с заданными характеристиками;

- определить технологические особенности использования РД для компенсации усадки бетона при возведении полов и ограждающих конструкций подземных частей различных зданий;

- выполнить опытно-промышленное внедрение бетонов в покрытиях большой протяженности и оценить эффективность применения бетонов с КУ.

Научную новизну работы составляют:

- теоретическое обоснование и обобщение данных о поведении различных видов РД в процессе твердения бетонов с КУ;

- математические модели и эмпирические зависимости для бетонов с компенсированной усадкой и напрягающих бетонов, дающие возможность проектировать составы бетонов с заданными физико-механическими показателями;

- оценка совместимости различных видов химических добавок с РД(пластифицирующих и противоморозных) при получении бетонов с КУ;

- прогнозирование и использование на стадии проектирования процессов, вызывающих компенсацию усадки бетонов, которые позволяют обеспечить повышенную трещиностойкость конструкций и возможность отказа от дополнительной гидроизоляции;

Практическое значение работы заключается в следующем:

- предложены составы бетонов с КУ на основе РД с различным количеством добавки в зависимости от требований по водонепроницаемости и прочности;

- получены данные об эффективности использования РД и химических добавок для разных температурно-влажностных условий эксплуатации конструкций;

- разработана технология получения бетонов с КУ на РД, позволяющая эффективно применять их для покрытий большой протяженности без гидроизоляции в различных регионах;

- результаты исследований использованы при разработке Технических условий, Технологических регламентов и ряда других рекомендательных документов.

Достоверность результатов базируется на экспериментальных исследованиях, выполненных с использованием современных методик и статистических методов обработки, примененных для получения эмпирических зависимостей (уравнений регрессии), позволяющих проектировать бетоны с заданными физико-механическими и эксплуатационными характеристиками.

Апробация результатов работы. Материалы диссертации были изложены в докладах и обсуждались на Международной конференции «Долговечность и защита конструкций от коррозии» 25-27 мая 1999 г. в Москве и на 2-ой Всероссийской международной конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон - пути развития» 5-9 сентября 2005г. в Москве.

Публикации: Основные результаты работы изложены в 11 публикациях, в том числе в 2-х статьях, опубликованных в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Объем работы. В состав диссертации входят: введение, пять глав, заключение, список литературы, приложения, справки о внедрении результатов исследований.

Работа изложена на 181 странице машинописного текста, содержит 38 таблиц, 35 рисунков и список литературы из 152 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Бетон на портландцементе является одним из основных строительных материалов современности. Достоинства бетона как конструкционного строительного материала хорошо известны, и совершенствование строительно-технических характеристик этого материала имеет весьма важное значение для всей строительной отрасли. Недостатками обычного бетона являются сравнительно невысокая прочность при растяжении (по сравнению с прочностью при сжатии), а также явление усадки цементного камня в процессе твердения бетона, связанное, в первую очередь, с отдачей воды затворения в окружающую среду.

Усадка бетона конструкции в целом или отдельных ее зон опасна не столько нарушением геометрии элемента конструкции, сколько возникающими при этом растягивающими напряжениями в бетоне, которые часто приводят к образованию сквозных или поверхностных трещин. Традиционным способом компенсации усадки

бетона является сокращение количества воды затворения. Для этого, как правило, применяют пластифицирующие добавки, используют жесткие смеси, уменьшают расход вяжущего, подбирают фракционный состав заполнителей. Существенное значение имеют также минералогический состав и тонкость помола цемента. Одним из способов уменьшения или устранения усадочных деформаций является создание цементов, получивших название «расширяющиеся цементы».

Поиску и разработке расширяющихся цементов посвятили свои научные работы такие известные ученые, как В.В. Михайлов, С.Л. Литвер, А.И. Звездов, Т.В. Кузнецова, И.В. Кравченко, А.Е. Шейкин, К.С. Кутателадзе и многие зарубежные исследователи, работающие в США, Японии и других странах.

В ряде зарубежных стран для решения проблемы получения бетонов с компенсированной усадкой, помимо расширяющихся цементов, состоящих из портландцемента и расширяющих добавок, используют отдельно расширяющие компоненты (органические добавки). Эти компоненты следует добавлять к портландцементу в очень небольшом количестве (0,5-2%). Для получения бетона таким способом требуются высокая культура производства и особо точное дозирующее оборудование.

В России в настоящее время для повышения эксплуатационных характеристик бетонов широко используют минеральные добавки. Среди них особое место должны занимать расширяющие добавки, введение которых в бетон на портландцементе позволяет обеспечить наряду с высокой прочностью низкую проницаемость, повышенные значения растяжения при изгибе, пониженные величины усадочных деформаций.

Введение расширяющих добавок в бетонную смесь на портландцементе вызывает расширение цементного камня. При ограничении деформаций расширения в бетоне развивается самонапряжение. Изучение процесса гидратации цементов на расширяющих добавках и бетонов на их основе показало, что скорость образования продуктов гидратации, вызывающих расширение в системе и рост прочности, во многом зависит от вида, активности и количества расширяющей добавки.

Проведенный анализ результатов исследований российских и зарубежных ученых дал основания условно подразделить расширяющие минеральные добавки на:

- оксидные;

- алюминатно-оксидные;

- алюминатно-сульфатные.

В данной работе рассматривали влияние каждой группы добавок на свойства

бетонов. Выбор конкретной добавки и целесообразность ее применения определялись физико-техническими показателями бетонов на РД. Кроме того, учитывались такие факторы, как доступность и стабильность сырья для производства такой добавки.

Для проведения исследований в качестве вяжущего использовался портландцемент М500Д0 по ГОСТ 10178 следующих заводов: ОАО «Белгородский цемент», ОАО «Мальцовский портландцемент», напрягающий цемент ОАО «Подольскцемент».

В качестве заполнителя использовали песок Мкр 2,3-2,5 по ГОСТ 8736 и щебень фракции 5-10см по ГОСТ 8267 производства ЗАО «Мансуровское карьероуправление». Для регулирования свойств бетона использовались химические добавки по ГОСТ 24211. Для затворения смеси применяли воду по ГОСТ 23732.

В работе использовались традиционные методы исследования и специально разработанные методики по оценке самонапряжения бетонов.

В цементах с добавками первой группы расширение происходит в результате гидратации оксидов кальция, магния. Значительное расширение связано с интенсивным увеличением объема новообразований Са(ОН)2 в процессе гидратации СаО. Эксперименты показали, что избыточное количество оксида кальция в составе вяжущего (более 3%) может привести к разрушению бетона как в первоначальный период гидратации, так и в дальнейшем при эксплуатации конструкции.

Ко второй группе расширяющих добавок относятся алюмооксидные добавки, при введении которых расширение цементов обеспечивается одновременно как за счет образования эттрингита, так и в результате гидратации оксидов кальция.

В качестве алюмооксидной расширяющей добавки была опробована комплексная добавка, состоящая из циклонной пыли керамзитового производства, гипсового камня и обожженного доломита. При введении этой комплексной добавки образуются как гидросульфоалюминат кальция (ГСАК), так и гидрооксид кальция Са(ОН)г. При этом скорость образования и формы тех или иных новообразований зависят от содержания Са(ОН)г в жидкой фазе. Кроме того, соотношение реагирующих компонентов влияет на форму и механизм образования ГСАК как основного источника расширения. Изменение количественного соотношения компонентов - циклонная пыль : гипс : доломит дало возможность выбрать оптимальный состав расширяющей добавки этого типа - 1,72 : 1 : 0,143. При таком составе добавки наблюдалось увеличение самонапряжения на 30%, расширения - на 65%, прочности - на 15% по сравнению с другими аналогичными составами РД. Однако разброс результатов ввиду нестабильности состава сырьевых материалов не дал оснований рекомендовать эту

добавку в качестве базовой.

Для получения расширяющих добавок третьей группы выбраны композиции на основе алюминатных и сульфатсодержащих материалов, когда расширение цементов происходит в результате взаимодействия алюмо- и сульфатсодержащих фаз с

образованием эттриетита (3Ca0-Al203-3CaS04-31H20).

В качестве алюмосодержащего компонента были опробованы техногенные продукты промышленности: доменные гранулированные шлаки, зола-уноса, шамотная пыль.

Для исследований был выбран доменный - шлак Нижне-Тагильского металлургического завода с повышенным содержанием А1203 (до 35%); в качестве сульфатного компонента - двуводный гипс CaSCU ■ 2Н20 (гипсовый камень) как наиболее стабильный сульфатсодержащий продукт. Для активизации добавки в ее состав вводили до 5% глиноземистого шлака, содержащего монокальциевый алюминат СА, который обеспечил интенсификацию процесса образования гидросульфоалюмината кальция. При выбранном составе расширяющей добавки в количественном соотношении 2,8 : 1 : 0,2 (доменный шлак : гипс : глиноземистый шлак) самонапряжение увеличилось на 15%, прочность на сжатие - на 20% по сравнению с другими составами РД.

Одним из наиболее доступных крупнотоннажных алюмосодержащих отходов являются золы ТЭЦ. Для производства расширяющих добавок представляют интерес низкоосновные золы со сравнительно высоким содержанием А1203 (до 30%), шгзким содержанием СаО (6-8%), содержанием Si02 - 40-50%. В соответствии с расчетом по основным оксидам были выбраны составы расширяющих добавок, содержащих золу-уноса и гипс в соотношении 1,5:1 при обеспечении в возрасте 28 суток линейного расширения бетона - 0,1%, самонапряжения -1,1 МПа и прочности - до 65 МПа.

На диаграмме (рис.1) приведены результаты оценки прочности, расширения и самонапряжения мелкозернистых бетонов с различными добавками. Экпериментально установлено, что к возрасту 150 суток наиболее стабильные показатели достигаются у образцов из бетона с добавкой сульфоалюминатного типа, прочность на сжатие увеличилась на 7-13%. Расширение и самонапряжение снизились на 13 и 6%. У образцов с добавкой оксидного типа эти показатели снизились на 47 и 85%.

Полученные данные определили добавку третьей группы как основную для промышленного производства.

Для выбора оптимального расхода добавки сульфоалюминатного типа оценивалось, изменение самонапряжения по времени при различных условиях

твердения (таблица 1).

Установлено, что композиционное вяжущее состава ПЦ : РД = 85 : 15 обеспечивает идентичность свойств мелкозернистых бетонов на напрягающем цементе, твердеющих 28 суток в водных условиях, затем на воздухе в возрасте до 120сугок.

Таблица 1- Изменения величины самонаиряжения мелкозернистых бетонов во времени нрн различных условиях твердения

Вид алюмосо-держащего компонента Содержание ПЦ, % Содержание РДв вяжущем, % Самонапряжение, МПа Потеря самонапряжения от усадки,%

Водное хранение, сут. Воздушное хранение, сут.

1 3 7 28 50 90 120

Доменный шлак 100 0 набухание Усадка 100

0,07 0,07 0,07 0,07

95 5 0,15 0,3 0,45 0,9 0,85 0,75 0,65 27

90 10 0,5 0,7 0,88 1,34 1,2 1,15 1,0 25,3

85 15 0,7 0,9 1,4 1,64 1,55 1,4 1,25 27

80 20 0,7 0,9 1,45 1,88 1,6 1,53 1,4 25,5

Зола-уноса 95 5 0,25 0,475 0,7 1,1 0,9 0,8 0,7 31,2

90 10 1,3 1,5 1,67 1,8 1,6 1,5 1,4 27,5

85 15 1,35 1,5 1,8 2,0 1,8 1,7 1,65 26

80 20 1,6 1,75 1,8 2,1 1,96 1,6 1,47 27,5

ОАО «Подольск-цемент» - - 0,4 1,1 1,45 1,6 1,45 1,35 1,15 27,2

Рис. 1- Изменения физико-механических показателей бетонов с различными

добавками.

1,60

| 1,40

г §

Р 1,00

К ю

ё 0,80

Я

і

Й 0,60 I

§ 0,40 о

О 0,20 0,00

Зсут. 7сут. 14сут.

■ оксидная добавка ■ алюмо-оксидная добавка

28сут. 150сут.

■ сульфо-алюминатная добавка

На основе большого количества экспериментальных данных, полученных по многофакторному плану, методами математического анализа и статистики выведены аналитические зависимости, позволяющие рассчитать прочность, расширение и самонапряжение в зависимости от состава бетонной смеси. В качестве примера представлен график зависимости самонапряжения от основных компонентов: расходов расширяющей добавки, цемента, заполнителей и водоцементного отношения (рис. 2). Получены аналогичные графики зависимости прочности и расширения от состава бетона.

Анализируя изолинии параметров оптимизации, можно отметить, что оптимальным расходом портландцемента для бетонов с компенсированной усадкой класса В25, ВЗО и В35 является расход 390 - 425 кг/м3 при дозировке РД - 5-9% от массы вяжущего. В то же время, для получения напрягающего бетона с самонапряжением 1,0 - 1,4 МПа необходимо, не изменяя расход портландцемента, увеличить количество расширяющей добавки до 10-15% от массы вяжущего.

Таким образом, в результате математического планирования и опытной проверки свойств бетонов в соответствии с полученными графиками есть основания сделать вывод, что, варьируя количество вводимой расширяющей добавки при одном и том же расходе портландцемента, можно получать бетоны с компенсированной усадкой и напрягающие бетоны с заданными физико-механическими показателями.

Анализ, обработка и обобщение экспериментальных данных дали возможность определить оптимальные расходы РД в зависимости от массы вяжущего для получения следующих свойств бетонов:

- обеспечение компенсации усадки при требуемом классе по прочности на

сжатие - 5-11%;

- обеспечение требуемой марки по самонапряжению - 6-14%;

- получение марки по водонепроницаемости W12-W20 - 6-10%;

- обеспечение марки по морозостойкости F300-F500 — 6-10%.

Одной из главных задач технологии является получение бетона с заданными свойствами методом регулирования его состава с использованием химических добавок.

Анализ результатов показал (таблица 2), что для бетонов с компенсированной усадкой и напрягающих бетонов одного и того же состава положительный эффект достигается при применении не только традиционных добавок, таких как суперпластификатор С-3 и лигносульфонаты, но и новых добавок и комплексов, таких как Лигнопан, Алпласт, Супронафт, Экопласт П-10. Так, применение суперпластификатора С-3 для бетонов с компенсированной усадкой в количестве 0,20,7% массы вяжущего (ПЦ+РД) позволяет на 15-20% повысить прочность и само напряжение за счет уменьшения количества воды, при этом водоредуцирующий эффект действия добавки позволяет отнести ее ко 2-ой группе. Введение в состав бетонной смеси добавки «Лигнопан Б-1» в количестве 0,2% от массы вяжущего редуцирует до 20% воды и при этом повышает на 15-17% прочность бетона. В то же время, пластифицирующая добавка «Алпласт» в количестве 0,2% массы вяжущего позволяет редуцировать до 15% воды и на 10-12% повысить прочность.

Таблица 2 - Влияние пластифицирующих добавок на свойства бетонов с КУ

№№ Вид вяжу- Вид добавки Количество добавок. % Осадка конуса через . ..(мин ) Прочность при сжатии, МПа, в возрасте Самонапряжение, МПа. в возрасте

щего от массы ПЦ 10 30 60 90 7 14 28 7 14 28

1. С-3 0,6 19 15 14 10 - 22.6 39,6 - - -

2. лигнопан 0.3 18 17 13 12 - 29,3 40,4 - - -

3. пц алпласт 0,25 21 18 16 15 - 28,4 41,3 - - -

4. супронафт 0,3 23 19 14 12 20,6 26,5 40,1 - - -

5. экопластПЮ 0,4 25 23 22 18 20,4 29,3 41,4 - - -

6. С-3 0,6 18 15 12 12 - 29,4 41,4 0,3 0,6 0,8

7. ПЦ +7% РД лигнопан 0,3 17 15 13 10 19,6 32,3 40,2 0.4 0,7 0,76

8. алпласт 0.25 19 17 14 12 20,6 30,4 42,4 0.3 0,6 0,7

9. супронафт 0,3 21 18 16 14 20,2 31.4 42,7 0,38 0,7 0,84

10. экопластГПО 0,4 22 20 18 16 24,6 33.6 43,6 0,4 0,71 0,96

11. С-3 0,6 17 14 12 10 - 28,4 43,4 0,73 1,15 1.2

12. лигнопан 0,3 17 16 14 13 21,4 30,2 43,6 0.8 1,2 1,3

13. 12% алпласт 0.25 18 16 12 12 20,6 31,2 44,8 0,85 1,1 1,2

14. супронафт 0,3 20 18 16 16 21,0 32,0 44,6 0,9 1,0 1,1

15. экопласт П10 0.4 20 20 18 14 26,0 34,6 47,6 0,9 1,3 1.4

Установлено, что для бетонов с КУ (РД-7%) по сравнению с бетонами на портландцементе введение добавки Экопласт П-10 в возрасте 28 суток увеличивает прочность на сжатие на 10%, для напрягающего бетона (РД-12%) на 24%.

Самонапряжение в бетоне с КУ и напрягающем, по сравнению с другими бетонами повышается на 20-75%,

Дня оценки возможности круглогодичного возведения конструкций из бетона с компенсированной усадкой исследовались свойства бетонов при использовании расширяющих - в комплексе с пластифицирующими и противоморозными добавками.

Оценка кинетики тепловыделения выявила различия (скорость, величина тепловыделения и температура) у базового портландцемента, комплексного вяжущего (ПЦ + РД) и напрягающего бетона. Благодаря наличию повышенного количества алюминатов в комплексном вяжущем гидратация происходит с большей скоростью, повышением температуры смеси на 25°С более, чем у базового портландцемента и выделением дополнительного количества тепла. Повышенное тепловыделение комплексного вяжущего позволило отказаться от дополнительных мер по прогреву при воздействии отрицательных температур до -5°С. , как и у бетонов на НЦ. Благодаря эффекту повышенной экзотермии у бетона с расширяющей добавкой обеспечивается более быстрый набор прочности при отрицательной температуре.

Проведенные исследования показали, что при варьировании количества РД можно обеспечить морозостойкость бетона на КУ до 600 циклов (таблица 3).

Коррозионную стойкость бетонов с компенсированной усадкой оценивали, в первую очередь, по его структуре. Плотность структуры бетона и особенно зоны контакта цементного камня и заполнителя зависит от внутренних напряжений, возникающих в бетоне при различных температурно-влажностных условиях твердения. При оценке структуры бетона с компенсированной усадкой необходимо учитывать, что этот бетон в конструкции всегда находится в условиях упругого ограничения деформации расширения, и постепенно приложенные нагрузки не приводят к образованию трещин в структуре, склонной к пластическим деформациям, а микротрещины кольматируются продуктами новообразований. При этом уменьшается показатель общей пористости, сокращается средний размер пор и количество открытых пор.

Оценка кинетики связывания гипса и количества образовавшегося гидросульфоалюмината кальция показала, что весь гипс связывается к 7 суткам, и основное количество ГСАК образуется также к 7 суткам, что характеризуется стабилизацией расширения. Стойкость такого бетона увеличивается благодаря мелкопористой структуре с небольшим объемом капиллярных пор. Образующийся ГСАК заполняет открытые поры бетона и переводит их в условно замкнутые. При этом образовавшийся ГСАК в качестве непроницаемой оболочки не позволяет влаге в бетоне

интенсивно проникать из открытых пор в условно замкнутые поры, поэтому условно замкнутые поры долго остаются «резервом». Таким образом, деструктивные процессы, возникающие, например, при циклическом воздействии замораживания и опаивания, компенсируются плотной структурой бетона в напряженном состоянии. Установлено, что при введении 10-15% РД в состав вяжущего морозостойкость и водонепроницаемость бетона увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению с обычным бетоном на базовом портландцементе.

Таблица 3 - Результаты испытаний образцов бетона па морозостойкость

№№ п/п Вид вяжущего кг/м1 Расход ПЦ, кг/м3 Подвижность бетонной смесц Морозостойкость

Ірочность контрольных образцов, МПа количество циклов прочность при сжатии после испытания, МПа марка бетона по морозостойкости Водонепроницаемость V/, ати

1 Портландцемент ПЦ500ДО Мальцовского завода 405 15 31,3 8 29,7 300 8

2 22 33,7 8 28,9 300 6

3 435 16 33,7 8 31,6 300 10

4 22 31,4 8 30,4 300 8

5 Напрягающий цемент Подольского цемзавода 400 15 33,6 12 34,6 400 12

6 21 31,7 8 33,7 300 10

7 430 15 34,6 12 35,3 400 14

8 22 31,6 12 34,7 400 12

9 Портландцемент + расширяющая добавка (РД-5%) 405 15 31,1 12 33,2 400 12

10 21 32,1 12 32,8 400 14

11 435 14 34,6 15 34,6 500 14

12 20 34,1 15 35,7 500 12

13 Портландцемент + расширяющая добавка (РД - 10%) 405 14 37,1 15 40,1 500 16

14 20 40,4 19 41,2 600 14

15 435 14 36,7 19 35,7 600 16

16 19 35,4 15 34,7 500 16

17 Портландцемент + расширяющая добавка (РД - 15%) 405 15 35,4 19 38,9 600 16

18 20 35,3 19 40,1 500 14

19 430 16 36,7 19 40,7 600 18

20 22 35,7 19 39,4 600 16

Иглообразные кристаллы эггрингита перекрывают сечение мелких пор и делают их практически непроницаемыми (условно непроницаемыми), что подтверждается повышенной водонепроницаемостью бетона. С другой стороны, кольматация пор

уменьшает усадку бетона, так как растущие кристаллы эттрингига повышают давление на стенки пор, уменьшая количество воды, удаляя ее из микропор.

Такие свойства бетонов с компенсированной усадкой, как плотная структура и непроницаемость, трещиностойкость в сочетании с высокими прочностными показателями, особенно при воздействии изгибающих и растягивающих усилий, обусловливают эффективность применения бетона с КУ в различных конструкциях большой протяженности. В частности, для покрытия полов в производственных помещениях мясокомбинатов был применен декоративный бетон с компенсированной усадкой. В процессе эксплуатации такие конструкции, как правило, подвергаются воздействию различных агрессивных сред: солей, крови, желчи, бактерий, грибков и др. На диаграмме (рис.3) представлено изменение прочности бетонов при воздействии агрессивных сред (эксперимент проводится на Клинском мясокомбинате).

1РД

в Биоцидн

7 В 28 озраст, су 100 т

29,4 49,4 23,6

36,4 54,3 67,8

29,7 51,1 43,4

Рис 3 - Оценка изменения прочности бетонов с различными добавками

Приведенные исследования показали, что прочность образцов из бетона на портландцементе в возрасте 90 сут. снизилась на 52%, - и наблюдалось шелушение поверхности. При введении биоцидной добавки прочность бетона на сжатие в этой среде снизилась на 15%. На поверхности этих серий образцов наблюдались моховидные образования. В то же время в образцах из бетона с расширяющей добавкой того же состава прочность на сжатие и растяжение при изгибе увеличилась на 10-25%. Следов разрушения и отложения бактерицидных образований не наблюдалось при испытании в течение 100 суток.

К покрытиям бетонных полов предъявляются такие специальные требования как стойкость к ударным воздействиям и истираемость. Результаты представлены в таблице 4.

Установлено, что истираемость образцов из бетона с компенсированной усадкой

в 1,5 раза ниже, чем у образцов из обычного бетона на базовом портландцементе.

Таблица 4 - Результаты испытании бетонов на истираемость

Вид образцов № Масса образца, г Разница в массе, г Площадь истирания см2 Истираемость образца, г/см2 Ї^ИСТ.

до истир. после истир.

Контрольные образцы из обычного бетона 1 802,6 760 42,6 48,5 0,88 0,92

2 794,8 753,5 41,3 48,7 0,85

3 798,4 748,7 49,7 48,5 1,02

Образцы из бетона с компенсированной усадкой 4 757,3 727,2 30,1 50,1 0,6 0,56

5 768,4 739,7 28,7 50,4 0,57

6 775,2 750,0 25,2 50,5 0,5

Эти экспериментальные данные нашли подтверждение при эксплуатации декоративных полов из бетона с компенсированной усадкой в цехе разделки мясопродуктов на мясокомбинатах «Кампомос», «Велком», «Микомс» площадью 16400м2. Опыт эксплуатации в течение 10 лет показал, что прочность покрытий за этот период увеличилась на 15-20%, следов разрушения не наблюдалось.

Развитие деформаций усадки у бетонов на различных вяжущих оценивали в возрасте до 300 суток (рис.4).

28 60 100 300

-^—Портландцемент -0,21 -0,36 -0,41 -0,46

■ Напрягающий цемент 0,16 0,14 0,13 0,12

-^-Портландцемент + РД 0,18 0,17 0,16 0,15

Рис.4 - Изменение деформации усадки бетонов во времени

Экспериментально определено, что деформации усадки у образцов из бетона с

РД снизились на 16%, на напрягающем цементе - на 25%, а на портландцементе увеличились в 2 раза.

Эти данные были использованы при расчете конструкций большой протяженности подземных частей сооружений, в частности, фундаментных плит. К таким конструкциям, помимо специальных требований по износостойкости и ударным воздействиям предъявляются повышенные требования по трещиностойкости и водонепроницаемости. Для конструкций, имеющих длину более 100м, была разработана специальная технология бетонирования, возведение которых должно производиться блоками из бетона с компенсированной усадкой со вставками го напрягающего бетона.

Для массового применения бетонов на КУ были разработаны различные варианты введения расширяющей добавки, как на бетонном заводе, так и на стройплощадке. Физико-механические показатели бетонов с КУ при различных схемах введения добавки не отличались по своим значениям.

Результаты исследований и накопленный опыт позволили применить бетоны с компенсированной усадкой и напрягающие бетоны для возведения ограждающих конструкций подземных частей жилых и общественных зданий в объеме более 100000(сто тысяч) м3. Обеспечение водонепроницаемости и монолитности конструкций большой протяженности дало возможность отказаться от использования любой гидроизоляции ограждающих конструкций подземных сооружений, сократить сроки строительства, уменьшить трудозатраты и сроки межремонтных работ.

При участие автора разработана технология и возведены конструкции подземной части объектов: ТОК «Атриум», ЦВЗ»Манеж», офисных центров в г.Москве по адресу: шоссе Энтузиастов, в л.2-4, Лефортовский вал 15/3,стр.1, автоматизированного склада г.Одинцово Московской области.

Экономический эффект применения бетонов с компенсированной усадкой в фундаментных плитах составляет от 900 руб до 2432 руб на 1 кв метр поверхности за счет отмены гидроизоляции типа «Voltex», «Тефонд», «Рапифлекс», «Сармафил» и др. При этом сократились сроки строительства и трудозатраты.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ П ВЫВОДЫ

1. На основе анализа результатов экспериментально-теоретических исследований определены оптимальные количества расширяющих добавок различных типов для получения бетонов с компенсированной усадкой. Для массового применения таких бетонов были рекомендованы добавки сульфоалюмннатного типа.

2. Методом планирования эксперимента выполнен подбор состава бетона с компенсированной усадкой при введении различного количества расширяющей добавки. Определены граничные значения количества расширяющей добавки для получения бетонов с различной энергией само напряжения. Разработана математическая модель подбора составов бетонов с компенсированной усадкой и напрягающих бетонов, позволяющая за счет варьирования количества вводимой расширяющей добавки при одном и том же расходе портландцемента получать бетоны с заданными физико-механическими показателями.

3. Проведенные исследования показали, что физико-механические показатели бетона с РД не уступают по своим характеристикам бетонам на напрягающем цементе. Определено оптимальное количество расширяющих добавок для бетонов различного назначения:

- для получения бетонов с компенсированной усадкой - до 10% РД;

- для напрягающих бетонов - до 15% РД.

4. Экспериментально доказано, что современные пластифицирующие и ггротивоморозные химические добавки могут быть использованы для получения бетонной смеси с РД без снижения прочности, самонапряжения, водонепроницаемости бетонов.

Установлено, что благодаря повышенной экзотермии бетонов с КУ возможно не применять противоморозные добавки при температуре до -5°С, а при более низких температурах (до -15°С) количество противоморозной добавки может быть снижено на 10-15%.

5. Выявлено, что с увеличением количества расширяющей добавки способствует изменению мелкопористой структуре бетона с КУ и позволяет повысить не только водонепроницаемость и морозостойкость бетона, но и стойкость при воздействии биологически активных сред по сравнению с бетонами на базовом портландцементе. Полученные данные были успешно подтверждены более чем 10-летней эксплуатацией монолитных конструкций полов мясокомбинатов на площади более 15 тыс.м2 на заводах «Компомос», «Велком», «Микомс» и др.

6. Внедрены технологические схемы введения расширяющих добавок в бетонную смесь на заводе и в условиях стройплощадки при достижении равных показаний физико-технических характеристик бетонов с компенсированной усадкой для всех способов введения.

7. Предложена схема бетонирования ограждающих конструкций подземных частей зданий большой протяженности для обеспечения бесшОвностии, трещиностойкости и водонепроницаемости конструкций. По разработанной технологии уложено около 100 тыс. м3 бетона в конструкциях подземных частей зданий без использования гидроизоляции.

8. При участии автора разработана технология возведения ряда конструкций подземной части жилых и общественных зданий. Экономический эффект применения бетонов с компенсированной усадкой в фундаментных плитах составляет от 900 руб до 2432 руб на 1 кв метр поверхности за счет отмены гидроизоляции типа «УоИех», «Тефонд», «Рапифлекс», «Сармафил» и др.) при сокращении сроков строительства и снижении трудозатрат.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Рекомендованные ВАК:

Звездов А.И. Титов М.Ю. Бетон с компенсированной усадкой для возведения трещинностойких конструкций большой протяженности /Журнал "Бетон и железобетон"-№4(511) -2001г

Титов М.Ю. Бетоны с повышенной прочностью на основе расширяющих добавок// Журнал «Строительные материалы» -№2-2012г.

Прочие:

Звездов А.И., Титов Ю.Н.,Бейлина М.И.Титов М.Ю. Бесшовный монолитный бетонный пол //Патент на изобретение №2137730 от 14октября 1992 года

Звездов А.И., Титова Л.А.,Бейлина М.И., Мартиросов Г.М., Лебедев А.О., Сиденко И.Л., Посысаев А.Н., Букреева Т.В. Титов М.Ю. Расширяющая добавка к цементу //Патент на изобретение №¡2137730 от 14октября 1992 года

Титова Л.А.,Бейлина М.И., Мартиросов Г.М. Титов М.Ю. Расширяющие добавки //ТУ 5743-023-46854090-98

Титова Л.А. Титов М.Ю. Повышение долговечности бетона применением расширяющих добавок //Сборник материалов конференции "Долговечность и защита конструкций от коррозии" 25-27 мая 1999 г.

Титова Л.А.,Бейлина М.И., Мартиросов Г.М., Сиденко И.Л., Букреева Т.В. Титов М.Ю.

//Смеси сухие бетонные специальные ТУ 5745-010-00284345-99

Титова Л.А.,Бейлина М.И., Мартиросов Г.М. Титов М.Ю. Смесн растворные сухие гидроизоляционные// ТУ 5745-117-46854090-2001

Титова Л.А.,Бейлина М.И. Титов М.Ю. Расширяющие добавки для повышения долговечности конструкций //Журнал "Монтажные и специальные работы в строительстве"-№1- 2004г.

Титов М.Ю. Расширяющие добавки к бетону//Журнал "Инвестиции & строительство" -№9-10(38-39) - 2006г.

Титов М.Ю. Отмена гидроизоляции в конструкциях из бетона с расширяющей добавкой //Журнал "Популярное бетоноведение" - №2- 2009г.

Подписано в печать 22.03.12 Формат 60x84 1/16 Печать офсетная Заказ №114 Тираж 110 экз. Усл. п.л. 1-3 Типография Московского Государственного Строительного Университета Тел. 8 (499) 183-91-44

61 12-5/2638

ОАО «НИЦ «СТРОИТЕЛЬСТВО» ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ «НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

ИМЕНИ А.А. ГВОЗДЕВА» (НИИЖБ)

ТИТОВ Михаил Юрьевич

БЕТОНЫ С КОМПЕНСИРОВАННОЙ УСАДКОЙ НА РАСШИРЯЮЩИХ ДОБАВКАХ

Специальность 05.23.05 - строительные материалы и изделия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

на правах рукописи

Научный руководитель: доктор технических наук Звездов А.И.

Москва 2012 г.

Оглавление

Введение ...............................................................................................................4

Глава 1. Состояние вопроса................................................................................................9

1.1.Механиз м........................ .............................................................9

1.2. Предпосылки создания и физико-механические свойства бетонов с компенсированной усадкой................................................14

1.3.Расширяющие добавки и теоретические основы их

разработки...........................................................................................18

1.4.Цели и задачи исследования................................................................32

Глава 2. Материалы и методика исследований................................................34

2.1 .Характеристика используемых материалов....................................34

2.2.Методы оценки физико-механических свойств бетона с компенсированной усадкой ......................................................................36

2.3.Выбор критериев оценки влияния расширяющих добавок на оптимальный состав бетона с компенсированной

усадкой.......................................................40

Глава 3. Расширяющие добавки для бетонов с компенсированной усадкой............................................................................................................43

3.1.Расширяющие добавки оксидной и алюминатно- оксидной

групп..........................................................................................................................................43

3.2.Расширяющие оксидные добавки..............................................................44

3.3 .Расширяющие алюминатно-оксидные добавки............................53

3.4.Расширяющие добавки на сульфоалюминатной основе... 61

3.5.Выводы по главе 3.......................................................................................79

Глава 4. Исследования основных строительно-технических свойств бетонов с компенсированной усадкой на расширяющих добавках.... 80

4.1 .Подбор состава бетона с компенсированной усадкой

методом планирования эксперимента......................................................80

4.2. Физико-механические свойства бетонов с компенсированной усадкой при использовании

некоторых химических добавок................................................................92

4.2.1.Влияние пластифицирующих добавок на свойства

бетонов................................................................................................................................92

4.2.2.Исследование бетонов с компенсированной усадкой с использованием противоморозных добавок......................100

4.3.Исследование долговечности бетонов с компенсированной усадкой........................................................................................................115

4.3.1 .Оценка структуры бетонов..........................................................................115

4.3.2.Исследования морозостойкости и водонепроницаемости бетонов с компенсированной усадкой................................................126

4.3.3. Деформации усадки бетонов с компенсированной

усадкой на расширяющих добавках................................................................130

4.4. Выводы по главе 4................................................................................................135

Глава 5. Применение бетонов с компенсированной усадкой в

строительстве......................................................................................................................................138

5.1..Способы введения расширяющей добавки в бетонную

смесь......................................................................................................138

5.2 Монолитные полы из бетона с компенсированной усадкой

для промзданий и основные требования к ним....................................140

5.3.Возведение фундаментных плит из бетона с компенсированной усадкой со вставками из напрягающего

бетона..............................................................................................................................................149

5.4.0ценка экономической эффективности применения бетона

с компенсированной усадкой......................................... 159

5.5 .Выводы по главе 5......................................................................................................162

Общие выводы......................................................................................................................................164

Список литературы............................................................................................................................166

ВВЕДЕНИЕ

Бетон и железобетон являются основными строительными материалами в современном промышленном и гражданском строительстве. В практике возведения и эксплуатации зданий и сооружений одну из наиболее сложных проблем представляет предотвращение отрицательных последствий усадочных деформаций бетона в строительных конструкциях. Для решения проблемы усадочных деформаций создан специальный материал - бетон на напрягающем цементе. В процессе твердения бетона на напрягающем цементе вместо традиционной усадки происходит расширение, бетон приобретает заданное самонапряжение и самоуплотнение структуры, вследствие этого повышаются водонепроницаемость и трещиностойкость бетона, он становится значительно более прочным и долговечным.

Термин «самонапряжение» означает предварительное обжатие бетона, возникающее в конструкциях в результате расширения цементного камня в процессе твердения бетона при обязательном наличии ограничений для расширения.

Напрягающий бетон на напрягающем цементе (НЦ) производится на основе портландцемента и обладает всеми его свойствами. Кроме того, отличительными особенностями бетона на напрягающем цементе являются способность к расширению, возможность задавать величину энергии самонапряжения, высокие показатели по водонепроницаемости и газонепроницаемости, экранирующие свойства против проникновения радионуклидов, стойкость к воздействию сульфатов, прочность на растяжение (осевое и при изгибе), способность к твердению при отрицательных температурах, быстрый набор прочности, как в нормальных условиях, так и при тепловлажностной обработке.

Напрягающий цемент был разработан российскими учеными более 50 лет назад. Применение напрягающего цемента марок НЦ-10 - НЦ-40 в

4

качестве вяжущего дало возможность создать новый вид предварительно напряженных конструкций - самонапряженные конструкции, в которых в результате использования химической энергии расширения бетона происходит натяжение арматуры и, соответственно, обжатие бетона, вследствие чего ограничиваются возможности его расширения и деформации.

Актуальность. Для повышения эксплуатационных характеристик бетонов в настоящее время широко используются минеральные добавки, среди которых особое место занимают расширяющие. Введение таких добавок в бетон на портландцементе позволяет обеспечить высокую водонепроницаемость, трещиностойкость и долговечность конструкции. При этом новый бетон с использованием расширяющей добавки не только обладает всеми положительными характеристиками бетона на портландцементе, но и позволяет улучшить показатели проницаемости, растяжения при изгибе, снизить величину усадки.

Проблеме усадки и ее влиянию на свойства бетона посвящены многие теоретические и экспериментальные исследования в нашей стране и за рубежом. Усадочные деформации в сочетании с низкой прочностью бетона на растяжение приводят к появлению трещин в железобетонных конструкциях, особенно в поверхностном слое, повышают их деформативность, снижают долговечность. Одним из способов устранения отрицательных последствий усадки является применение в качестве вяжущего напрягающего цемента (НЦ), состоящего из портландцемента и расширяющего компонента.

Бетон на напрягающем цементе характеризуется рядом отличительных особенностей, а именно расширением и энергией самонапряжения. Бетоны на напрягающих цементах подразделяются на напрягающие - с расчетной величиной самонапряжения и бетоны с компенсированной усадкой (КУ) -ненормируемой величиной самонапряжения.

В то же время такие бетоны, как показал зарубежный опыт, могут быть получены не только с использованием расширяющихся цементов промышленного изготовления, но и путем введения расширяющих добавок (РД) при приготовлении обычных бетонов на портландцементе.

В России, в отличие от зарубежных стран, практика использования РД при производстве бетона пока, к сожалению, не получила широкого распространения: ограничена номенклатура таких добавок, нет достаточного количества данных о свойствах добавок и бетонов на их основе, недостаточно изучено взаимодействие РД с химическими добавками направленного действия, отсутствуют данные о долговечности бетонов с КУ.

Рабочая гипотеза. При проведении настоящей работы была поставлена задача - разработать математические модели и эмпирические зависимости для бетонов с компенсированной усадкой и напрягающих бетонов, дающие возможность проектировать составы бетонов с заданными физико-механическими показателями;

Целью работы является развитие научных представлений и разработка практических рекомендаций получения бетонов с компенсированной усадкой (КУ) на основе различных расширяющих добавок, оценка физико-механических и эксплуатационных свойств таких бетонов для их широкого применения в строительстве.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

оптимизировать рациональные составы бетонов с КУ на портландцементе и РД методом математического планирования эксперимента и исследовать влияние химических добавок на физико-технические свойства таких бетонов;

- проанализировать расширяющие добавки для получения бетонов с высокими эксплуатационными характеристиками и исследовать влияние оптимальных составов РД на свойства таких бетонов;

- оценить развитие деформаций усадки бетона с КУ во времени;

б

- разработать технологии введения РД для получения бетонов с заданными характеристиками;

- определить технологические особенности использования РД для компенсации усадки бетона при возведении полов и ограждающих конструкций подземных частей различных зданий;

- выполнить опытно-промышленное внедрение бетонов в покрытиях большой протяженности и оценить эффективность применения бетонов с КУ.

Научную новизну работы составляют:

- теоретическое обоснование и обобщение данных о поведении различных видов РД в процессе твердения бетонов с КУ;

- оценка совместимости различных видов химических добавок с РД(пластифицирующих и противоморозных) при получении бетонов с КУ;

- прогнозирование и использование на стадии проектирования процессов, вызывающих компенсацию усадки бетонов, которые позволяют обеспечить повышенную трещиностойкость конструкций и возможность отказа от дополнительной гидроизоляции;

Практическое значение работы заключается в следующем:

- предложены составы бетонов с КУ на основе РД с различным количеством добавки в зависимости от требований по водонепроницаемости и прочности;

- получены данные об эффективности использования РД и химических добавок для разных температурно-влажностных условий эксплуатации конструкций;

- разработана технология получения бетонов с КУ на РД, позволяющая эффективно применять их для покрытий большой протяженности без гидроизоляции в различных регионах ;

- результаты исследований использованы при разработке Технических условий, Технологических регламентов и ряда других рекомендательных документов.

Апробация результатов работы. Материалы диссертации были изложены в докладах и обсуждались на Международной конференции «Долговечность и защита конструкций от коррозии» 25-27 мая 1999 г. в Москве и на 2-ой Всероссийской международной конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон - пути развития» 5-9 сентября 2005г. в Москве.

В состав диссертационной работы входят: введение, пять глав основной части, заключение, список литературы, приложения, справки о внедрении результатов исследований.

Работа изложена на 181 странице машинописного текста, содержит 38 таблиц, 35 рисунков и список литературы из 152 наименований.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 1.1.Механизм усадки

Одной из наиболее сложных проблем в технологии бетона является проблема предотвращения отрицательных последствий усадочных деформаций бетона в строительных конструкциях.

Бетон подвержен деформации, т.е. деформативен. Это означает, что линейные и объемные размеры бетонных конструкций могут изменяться под влиянием некоторых факторов, таких, например, как воздействие внешней среды или внешние механические нагрузки. Третьей и, возможно, самой серьезной причиной деформаций являются физико-химические процессы, происходящие внутри бетона, результатом которых являются так называемые собственные деформации.

Собственные деформации связаны, в первую очередь, с тем, что между бетоном и окружающей средой непрерывно идет влагообмен. Кроме того, в процессе твердения бетона, а также при длительной эксплуатации бетонных конструкций в бетоне происходят сложные физико-химические процессы. С точки зрения сохранения эксплуатационных свойств бетонов, наибольшую опасность представляют собственные деформации, следствием которых является уменьшение линейных размеров конструкций - усадочные деформации. Значительные усадочные деформации могут привести к существенным повреждениям строительных конструкций.

Главными причинами усадочных деформаций бетона являются химические и физические процессы, происходящие при взаимодействии цемента с водой. Во-первых, в результате такого взаимодействия при твердении цементного камня изменяется его влажность. Это может стать причиной влажностной усадки бетона. Во-вторых, твердение бетона сопровождается контракционной усадкой. Контракция является следствием химического взаимодействия минералов цемента с водой и

объясняется уплотнением химически связанной воды. Еще одной причиной уменьшения объема цементного камня и бетона является карбонизация. Карбонизационная усадка происходит в результате соединения свободной извести с углекислотой, находящейся в атмосфере. Таким образом, сложные физико-химические процессы, лежащие в основе явления усадочных деформаций бетона, имеют елажностную, контрики но иную и карбонизационную составляющие.

Одним из важных факторов, способствующих усадочной деформации бетона, является испарение влаги. Испарение влаги из объема цементного камня начинается, в первую очередь, из крупных пор и капилляров и происходит за счет нарушения физико-химических связей и удаления так называемой свободной воды. После испарения воды из крупных пор и капилляров начинается испарение из микропор и мелких капилляров. Резко увеличиваются силы капиллярного сжатия, и цементный камень подвергается деформации сжатия. Усадку, возникающую вследствие этого процесса, называют капиллярной.

После удаления капиллярной воды начинается удаление структурно связанной и адсорбированной воды. Вначале удаляется вода структурных ячеек, образованных мельчайшими кристаллами продуктов гидратации цемента (субмикрокристаллами геля) и полимолекулярно адсорбированных слоев. Затем, в завершение процесса испарения влаги, удаляется вода, адсорбированная в виде мономолекулярных слоев. Дальнейшее обезвоживание цементного камня возможно только в сушильном шкафу, где удаляется вода, адсорбированная в щелях молекулярных размеров, образующихся в местах сцепления субмикрокристаллов геля. Удаление структурно связанной и адсорбированной воды сопровождается значительным сжатием цементного камня. Усадку, происходящую при этом процессе, называют адсорбционной. Капиллярная и адсорбционная составляющие усадки бетона образуют в сумме так называемую елажностную усадку.

ю

Контракционная составляющая усадки бетона имеет физико-химический характер и связана с уменьшением объема системы «цемент -вода» при возникновении в процессе схватывания и начального периода твердения бетона новообразований, имеющих объем меньший, чем объем исходных продуктов. Контракционный эффект также связан с физико-химическим процессом адсорбции воды поверхностью цементных зерен и кристаллов новообразований. В ходе адсорбции происходит уплотнение воды в тонких адсорбционных слоях, а, следовательно, и сжатие системы [117].

Карбонизационная усадка является следствием уменьшения объема затвердевшего цементного камня в бетоне при разложении кристаллов гидроокиси кальция, находящихся в напряженном состоянии, в результате их химического взаимодействия с углекислым газом, содержащимся в воздухе. Таким образом, эта составляющая усадки бетона тоже имеет физико-химический характер. Карбонизационная усадка происходит только при условии напряженного состояния кристаллов гидроокиси кальция, которая неизбежно возникает в бетоне вследствие влажностной усадки и действия внешней нагрузки.

При отсутствии гигрометрического равновесия с воздухом влажный капиллярно-пористый бетон высыхает, при этом уменьшаетс�