автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Структурные факторы управления эксплуатационной деформируемостью цементного поризованного бетона для монолитных конструкций

" ' На правах рукописи

^ ц да

СТРУКТУРНЫЕ ФАКТОРЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭСПЛУАТАЦИОННОЙ ДЕФОРМИРУЕМОСТЬЮ ЦЕМЕНТНОГО ПОРИЗОВАННОГО БЕТОНА ДЛЯ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж -1998 г

Работа выполнена в Воронежской государственной архитектурно-строительной академии

Научный руководитель - член -корреспондент Российской академии архитектуры и строительных наук, доктор технических наук, профессор Е.М. Чернышов

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Е.И. Дьяченко

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РФ доктор технических наук, профессор Г.А. Айрапетов

кандидат технических наук доцент И.И. Первушин

Ведущая организация - ОАО «Центральная научно-исследовательская

лаборатория по строительству и стройматериалам» (ЦНИЛ, г. Липецк)

Защита состоится & ег~/с~__в ^ часов на заседании диссер-

тационного совета Д 063.79.01 при Воронежской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 394680, г. Воронеж, ул. XX - летия Октября, 84, ауд. 20, корп. 3.

С диссертацией можно ознакомиться а библиотеке академии.

Автореферат разослан 3 ноября 1998 г.

У

Ученый секретарь диссертационного совета ¿/ кандидат технических наук, доцент

В В. Власов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность. Поризовзнные цементные бетоны, получаемые с использовали эффекта воздухововлечения при перемешивании, составляют общую с пено- и зобетонами разновидность легких макропористых бетонов. Такие бетоны характе-иуются высоким потенциалом конкурентоспособности, особенно - в монолитном роительстве, когда их твердение происходит в естественных условиях. Однако >актическая реализация этого потенциала сдерживается нерешенностью проблем их ©ышенной эксплуатационной деформируемости. Именно высокая деформируешь и неудовлетворительная эксплуатационная трещиностойкость неавтоклавных и гормально твердеющих» поно- и газобетонов явились причиной повсеместного отка-в начале 70-х годов от их производства и применения.

В современных экономических условиях; когда развитие получает монолитное роительство и когда обострились вопросы энергосбережения,'вновь возрос и науч-|й, и инженерный интерес к поризованным бетонам неавтоклавного и естественного эрдения. Однако в осуществляемых разработках проблеме их эксплуатационной формируемое™ и трещиностойкости уделяется недостаточное внимание. Такое поженив может явиться причиной новой дискредитации поризованных бетонов и не зволит реализовать их высокий потенциал.

В связи с указанным актуальным представляется расширение исследований оцессов деформирования поризованных бетонов при твердении в условиях есте-эенных физико-климатических воздействий, системного рассмотрения возможного снижения эксплуатационной деформируемости на основе управления парамет-ми состава, структуры и соответствующего изменения баланса внутренних сил, оп-целяющих развитие напряжений и объемных изменений материала. Такие иссле-зания являются необходимой предпосылкой, основой для разработки научно-зктических рекомендаций по технологии монолитных конструкций из поризованного гона повышенной эксплуатационной трещиностойкости.

С изучением обозначенных актуальных вопросов связаны цель, задача и со-эжание исследований.

Целью диссертационной работы является исследование структурных фак-юв управления эксплуатационной деформируемостью цементного поризованного ■она средней плотности 800-1600 кг/м3 применительно к условиям его твердения и юты в монолитных конструкциях, обоснование практических рекомендаций по сни-*ю деформируемости материала как средства повышения эксплуатационной тре-ностойкости конструкций. •

Научная новизна работы. Систематизированы процессы изменения состояния сформирования цементного поризованного бетона, твердеющего в построечных овиях в монолитных конструкциях.

Обоснована система структурных факторов управления эксплуатационной де-змируемостьга' поризованных бетонов с учетом механизма развития объемных из-)ений в процессе его твердения и взаимодействия с эксплуатационной средой.

Обоснована методика экспериментальных исследований процессов деформи-эния. учитывающая действие факторов эксплуатационной среды при твердении она в монолитных конструкциях.

Выявлены особенности развития процессов изменения состояния и десрсрми-ания поризованного бетона и получены соотношения, количественно отражающие ¿симость деформативных характеристик поризованного бетона от его состава и /етуры. - '

Достоверность полученных результатов обеспечена методически обосно-ными комплексными количественными исследованиями состава, структуры и ^ств поризованного бетона, натурными наблюдениями за состоянием материала в лрукциях опытных объектов, применением вероятностно-статистических методов

обработки результатов экспериментов.

Практическое значение работы определяется тем, что управление эксплуатационной деформируемостью поризованного бетона и повышение на этой основе его эксплуатационной трещиностойкости обеспечивает расширение фронта его применения, использования потенциала конкурентоспособности.

Внедрение результатов. Результаты диссертационных исследований реализованы при разработке предложений по получению поризованного бетона средней плотности 800-1600 кг/м3 с пониженной деформируемостью. Предложения вошли в "Технологический регламент на бетонирование монолитных конструкций из мелкозернистого цементного поризованного бетона". Инженерные решения использовались при возведении наружных и внутренних стен, устройстве теплоизоляции перекрытий трех строительных объектов. Методические разработки и результаты исследований использованы в учебном процессе по специальности ПСК 2906 - "Производство строительных изделий, материалов и конструкций" при постановке лабораторного практикума, курсового и дипломного проектирования.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на Международной конференции "Ресурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций" (Белгород, 1995г.); Международной конференции "Актуальные проблемы строительного материаловедения" (IV академические чтения. Пенза, 1998), а также на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской ГАСА (Воронеж, 1995-1998г.г.)

Публикации. По результатам исследований опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и содержит 205 страниц машинописного текста, включая 34 табри-, цы, 46 рисунков, список литературы из 146 наименований, 4 приложения.

Автор защищает

- разработанную систему представлений и новые данные о процессах изменения состояния и деформирования поризованного бетона, твердеющего в построечных условиях в монолитных конструкциях;

- предложенную систему представлений и новые научные данные о структурных факторах управления эксплуатационной деформируемостью поризованного бетона;

- методику исследований процессов деформирования материала в условиях, учитывающих характеристики эксплуатационной среды;

- результаты экспериментальных исследований закономерностей изменения состояния и развития деформаций материала;

- результаты экспериментальных исследований взаимосвязи деформативных характеристик поризованного бетона с его составом и структурой;

- практические предложения по условиям получения поризованного бетона с пониженной эксплуатационной деформируемостью.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса. Разработка концепции управления деформативными

свойствами на основе структурного подхода.

Обоснование содержания исследований.

Наука и практика поризованных бетонов имеет историю развития практически с начала 20-го столетия. В работах А.Т. Баранова, В.А. Бужевича, Ю.С.»Бурова, A.B. Волженского, К В. Гладких, В.П. Куприянова, И.О. Кудряшова, М.Я. Кривицкого, А.П. Меркина. Л.М. Розенфельда, Г.С. Сахарова, A.B. Саталкина, В,В. Стольникова, Е.С. Силаенкова, A.A. Федина и др. решены задачи создания эффективных пористых материалов различного состава, строения, свойств и получены решения по практической их технологии. Однако проблема эксплуатационной трещиностойкости данных бетр-

нов решена далеко не полно, что и послужило причиной перехода преимущественно * к применению автоклавной обработки для их твердения.

В ранее выполненных исследованиях не получили достаточно комплексного и системного'рассмотрения вопросы влияния параметров состава и структуры материала на его деформативные свойства, поэтому в предложениях по повышению тре-щиностойкости таких бетонов не могли быть учтены все возможности направленного воздействия на их эксплуатационную деформируемость, регулируемую через состав и структуру материала на всех масштабных уровнях его строения.

Проблема проявления материалом деформаций и соответствующей трещино-стойкости имеет две стороны. Первая из них связана с факторами эксплуатационной среды, определяющими характер и интенсивность изменения вещественного, темпе-ратурно-влажностного и напряженно-деформированного состояния материала в конструкциях, а вторая - с потенциальной способностью состава и структуры материала сопротивляться таким изменениям при соответствующих эксплуатационных воздействиях среды.

Закономерности механики напряженно-деформированного состояния и причин трещинообразования различных типов бетонных и железобетонных конструкций с учетом температурно-влажностных воздействий среды и "дрейфа" свойств материала во времени рассмотрены в работах C.B. Александровского, A.A. Гвоздева, А.Е. Десо-ва, U.E. Прскоповича, И.И. Улицкого и др ; представления о процессах, приводящих к развитию деформаций в бетоне в результате твердения и взаимодействия со средой, нашли отражение в трудах А С Аведикова, 3. Бажанта, A.B. Волженского, Г И. Горчакова, Г.Д. Диброва, К Г. Красильникова, Дж. Л. Капоусека, Т. Пауэрса, М.С. Острикова, H.H. Скоблинской, З.Н. Цилосани, Е.М. Чернышова, А.Е. Шейкина и др. Согласно представлениям о механизме влажностной усадки принимается, что ее величина определяется балансом сил, участвующих в связи твердой фазы и пор с жидкой фазой и «высвобождающихся» при обезвоживании, а именно: силами капиллярного стяжения в порах, сипами поверхностного натяжения, силами когезионного и адгезионного взаимодействия в контактах дисперсных частиц цементирующего вещества, силами внутренних связей в кристаллогидратах, силами упругого противодействия твердой фазы ее деформированию на фоне протекания релаксационных процессов в структуре. Мера этих сил в материале зависит от его состава и структуры, а проявление их действия определяется видом удаляемой воды на различных стадиях его обезвоживания.

Накопленные знания образуют научную базу для развития. исследований и рассмотрения закономерностей влияния структурных факторов на эксплуатационную деформируемость цементного поризованного бетона.

Постановке выполненных в данной работе исследований предшествовало рассмотрение возможных условий работы поризованного бетона в наружных и внутренних несущих стенах зданий, а также в монолитных теплоизоляционных слоях перекрытий. Систематизация данных о механической нагрузке на элементы конструкций малоэтажных зданий показывает, что ее величина не превышает 2.0 МПа; эксплуатационная среда характеризуется сезонным изменением температур в интервале ■ (-35...+35) °С, влажности воздуха наружного и внутри помещений (30...100)%, концентрацией атмосферной углекислоты - 0,03 . .0,04.' Указанные значения параметров эксплуатационной среды при возведении и эксплуатации монолитных конструкций определяют напряженно-деформированное состояние материала. Оно формируется в результате определенной системы процессов, развивающихся во времени в структуре материала под воздействием внешних и внутренних движущих сил изменений. При этом внутренние движущие силы обусловлены неравновесным термодинамическим состоянием системы твердения, а внешние - мерой неравновесного по отношению к параметрам среды теплового и вещественного состояния материала (табл. 1 ).

Развивающиеся во времени реакции гидратации и твердения с соответствующими тепловыми эффектами, процессы тепло- и мэссообмена со средой, а также

Таблица 1

Система процессов де< юрмировЗния поризованного бетона при тверде нии в монолитных конструкциях

Периоды технологического и эксплуатационного циклов Технологический цикл Эксплуатационный цикл

Твердение мате- расла-риала в опалубке лубка л Твердение и набор «марочной» прочности загрутке- | Эксплуатационный период

Тип системы «материал-среда» закрытая 0 т к р ы ,т а я

Движущие силы из-| менения состояния материала Внутренние Г" ■ Неравновесное термодинамическое состояние системы твердения

Внешние I Неравновесное со средой тепловое состояние материала

- Неравновесное со средой вещественное состояние материала

К Механическая нагрузка

Процессы изменения состояния, материала От внутренних движущих сил Гидратация и тве р'.д е н и е

Тепловыделение

От внешних движущих сил I Теплообмен со средой (нагревание-охлаждение)

- Массйобмен со средой (высыхание, увлажнение-высушивание)

Химическая коррозия

|| ' • Сжатие-растяжение

I Градиентно е по степени гидратации и твердения

Состояние материала Г радиентное по температуре

- • Градиентное по влажности

Градиентное по степени химической коррозии • -

| Градиентное по уровню напряжений

г Объемные измемепия I К он т р а к ц и я

I Температур.ные деформации

- Влажностные деформации

Деформации от химической коррозии

- I Деформации от механической нагрузки | мгновенные | длительные

Напряжения | I Градиентные, изменяющиеся во времени с элементами релаксации

напряжения сжатия и растяжения от механических воздействий сопровождаются соответствующими объемными изменениями - контракцией, температурными и влажно-стными деформациями, деформациями от химической коррозии и механической нагрузки. Градиентный характер изменения состояния материала во времени в объеме конструкции является причиной формирования полей деформаций и напряжений в теле конструкции и, в конечном итоге, причиной образования и развития трещин.

На основе представлений о механизме объемных изменений принимается, что их величина определяется: физико-химическими процессами формирования структуры; изменениями структуры новообразований в результате химического взаимодействия со средой, балансом сил, участвующих в связи твердой фазы и пор с жидкой фазой и «высвобождающихся» при обезвоживании, напряжениями от воздействия механической нагрузки.

Закономерности изменения внутренних напряжений в материале при развитии данных процессов, а, следовательно, величина эксплуатационных деформаций зависят, как известно, от его состава и структуры. Это принципиальное положение определяет исходные посылки, на которые опиралась постановка исследований структурных факторов управления эксплуатационной деформируемостью поризованного бетона.

' Исходя из принципа "полиструкгурности" строения бетона, в нем на масштабных уровнях структуры, отвечающих в иерархической последовательности строению собственно поризованного бетона, плотного мелкозернистого бетона, цементного микробетона и цементирующего вещества, выделяются (табл. 2) гетерогенные системы, состоящие из твердой фазы, порозого пространства, размещенной на поверхности твердой фазы и в поровом пространстве газовой и жидкой фазы. С учетом существа механизма деформирования для каждого из масштабных уровней обозначены параметры состава, структуры и состояния, "ответственные" за развитие соответствующих видов объемных "изменений, исходя из того, что деформативные характеристики определяются, и отдельным параметром структуры и действием всей их совокупности. При этом на каждом последующем масштабном уровне учитывается влияние параметров структуры предыдущего. При этом полагается, что каждый последующий масштабный уровень «включает», содержит в себе, влияние параметров структуры предыдущих уровней.

На основании указанного управление эксплуатационной деформируемостью связывается с регулированием: объемного соотношения основных структурных составляющих материала (заполнителя, микронаполнителя, микро- и макропор, остаточных зерен цемента и новообразований цементирующего вещества); функции распределения по размерам структурных элементов этих составляющих, химико-иинералогического состава новообразований, определяющего величину удельной по-зерхности и удельной поверхностной энергии цементирующего вещества. Соответст-зенно этому определена совокупность рецептурно-технологических фаеторов, позво-"5яющих осуществлять такое регулирование.

Принятые представления предопределили содержание разработок и экспериментальных исследований, которые включали1

-обоснование и разработку методики исследования процессов деформирования; -изучение закономерностей развития процессов гидратации и твердения, изме-(ения влажностного состояния и деформирования «модельных конструкций» мате->иал6в (цементный микробетон, плотный мелкозернистый бетон поризованный бе-он), отвечающих различным масштабным уровням структуры поризованного бетона;

- изучение зависимости эксплуатационной деформируемости цементного микробетона от В/Ц-отиошения, содержания микронаполнителя, поверхностно-активной до-¡азки воздухововлекающего действия;

- изучение зависимости эксплуатационной деформируемости плотного мелко-ер'нистого бетона от содержания мелкого заполнителя:

- изучение зависимости эксплуатационной деформируемости поризованного бе-онз от объемного содержания пор воздухововлечениа

Таблица 2

Система структурных и рецептурно-технологических факторов управления деформативными .

свойствами поризованного бетона

Масштабный уровень структуры Анализируемая система Структурные составляющие Реализуемые на соответствующих масштабных уровнях параметры состава, структуры и состояния, ответственные за развитие деформаций в результате Рецегттурно-тех-нологические факторы управления

Твердая фаза Поры Жидкая фаза кон-трак ции химической коррозии изменения влажности изменения температуры действия нагрузки

Макроуровень- структурный уровень бетона Мелкозернистый поризо-ванный бетон Мелкозернистый плотный бетон Поры воз-духововле-чения Вода всех форм связи Соотношение объемов макропор и межлоровых перегородок Дозировка воздухо-вовлекающеи добавки, продолжительность перемешивания

Мелкозернистый плотный бетон Зерна заполнителя, цементный микробетон Микропоры ' Вода всех форм связи Соотношение объемов цементного камня, микропор, заполнителя, распределение по размерам частиц заполнителя и микропор, вед за. полнителя Соотношение вяжущего и заполнителя, вид и модуль крупности заполнителя

Мезоуровень -структурный уровень микробетона Цементный микро бетон Зерна микронаполнителя, остаточные зерна цемента, новообразования Капиллярные поры, размещенные в объеме микробетона Капиллярная, адсорбционная и межслоевая вода Соотношение объемов микрона-полнитепя, пор, остаточных зерен цемента, новообразований, распределение по размерам частиц микронаполнителя, пор, вид микронаполнителя В/Ц - отношение, состав вяжущего, дозировка, вед и удельная поверхность наполнителя

Микроуровень - структурный уровень цементирующего вещества Новообразования цементирующего вещества Скрытокри-сталлическая и кристаллическая морфологические разности Поры геле-вые и кристаллического сростка Адсорбционная и межслоевая вода Химико-минералогический состав новообразований, распределение по размерам пор, частиц новообразований, их удельная поверхность и поверхностная энергоя -Вед цемента, вед и дозировка химических добавок, условия гидратации и твердения

Методика исследований

Общие положения. При постановке исследований эксперименты проводили последовательно с моделями трех масштабных уровней - цементным микробетоном, мелкозернистым плотным и мелкозернистым поризованным бетоном.

В экспериментах с микробетоном исследовались "модельные" системы (табл. 3), в которых варьирование параметров строения, "ответственных" за деформируемость материала, осуществлялось за счет, во-первых, изменения _В/Ц-отношения как фактора, влияющего на степень гидратации цемента, минералогический и морфологический состав цементирующего вещества и формирующего объем и параметры микропористости цементного камня; во-вторых, изменения содержания микронапопнитепя как средства создания "противоусадочного каркаса" на данном структурном уровне. Параллельно с этим учитывалось возможное влияние на эксплуатационную деформируемость используемой поверхностно-активной воздухововлекающей добавки, поскольку ее присутствие воздействует на развитие процессов гидратации и формирование структуры новообразований. >

Таблица 3

Характеристика исходных составов цементного микробетона _

Нецептурно-технологический фактор . 1 2 3 3* 4 5 6 7 8 9 10

В/Ц 0,27(НГЦТ) 0,35 0,4 0,4 0.45 0,5 0,55 0,4* 0,4 0,4 0,4

Ц:Н - - - - - - - 1:1 1.1 1:2 1:3

Примечание.

В - вода, Ц - цемент, Н - наполнитель, состав 3* - с воздухововлекающей добавкой (0,2% от массы цемента)

В экспериментах с щотным мелкозернистым эетоном исследовался фак-■ор влияния на деформируемость степени напопне--1ИЯ матрицы цементного ликробетона зернами мел-:ого заполнителя. Послед-(Пе рассматривались как (лемент структуры, выпол-шющий подобно зернам ликронаполнитепя роль юотивоусадочного каркаса, ю уже на уровне мелкозео- ц _ иемент. Цн - цемент с микронаполнителем с

! и сто го бетона (табл. 4). соотношении Ц.Н=1 ;1, П - песок.

В экспериментах с пооизованным бетоном Таблица 5 _ (табл. 5) исследовалось влияние на деформируемость объемного содержания макропор. При этом макропоры рассматривались как элемент структуры. от которого зависит не только развитие деформаций, но и механизм образования и распространения трещин в материале. В опытах принимался диапазон средней плотности материала от 1600 до 800 кг/м3. При выборе данного диапазона исходили из того, что бетон средней плотности 800 -1200 кг/м3-может быть использован с теплоиэоляционно-

Таблица 4

Характеристика исходных составов ппотного _мелкозернистого бетона

Рецептурно-технологический фактор 1 2 3 4 5 6

В/Ц 0,5 0,5 0,5 - - ' -

В/Цн - - - 0,5 0,5 0,5

Ц:П • 1:1 1:2 1:3 - - -

ЦнП - - - 1:1 12 • 1:3

Примечание

Характеристика исходных

составов поризованного бетона

| Рецегттурнл | технологическим фактор 1 2

I В/Ц ч 0,4 -

I В/Цн - 0.4

| ЦП 1.2 -

S Цн:П - 1:2

конструкционными целями, а бетон средней плотности 1200 - 1600 кг/м3 - с конструкционными.

В исследованиях применялись сырьевые материалы, отвечающие требованиям, действующих нормативных документов: цемент портландский ПЦ-500 ДО; песок кварцевый, группа по крупности т мелкий (М, = 1,53); микронаполнитель в виде молотого кварцевого песка с удельной поверхностью Syfl =150 м2/кг; супервоздухововлекающая добавка анионоактивного типа АОС-1214 (АС СССР №1253019). • .

Методика исследования процессов деформирования. При изучении процессов деформирования моделировались влажностные режимы, в которых может оказаться «эксплуатируемый» поризованный бетон после операции распалубки отформованной монолитной конструкции. С этой целью в гигростатах в изотермических условиях (20 ± 5) °С создавали "модельные" среды с относительным парциальным давлением водяного пара р/ро=0,32; 0,5; 0,75; 1,0, которые получали соответственно над насыщенными растворами солей хлористого кальция, нитрата магния, хлорида натрия, над водой. Исследования процессов обезвоживания и деформирования производили при квазистатическом режиме высыхания, когда вследствие принятой малой толщины образцов материала (8... 10 мм) достигается минимум градиента влагосодержания по их сечению. Контроль за изменением массы и длины образцов (размером 10x40x160 мм) производили непосредственно после распалубки, в сроки 1, 3, 7,14, 28 суток с момента распалубки и далее через каждые 14 суток. Линейные деформации фиксировали в компараторе с индикатором часового типа (погрешность измерений +0,005 мм), взвешивание образцов велось с погрешностью не более ±0,05 г. Выдерживание в гигростатах велось до стабилизации их массы и линейных размеров, после чего образцы дополнительно обезвоживались в среде с р/ро=0 (данное парциальное давление водяного пара получали над безводным хлоридом кальция); окончательное обезвоживание достигалось высушиванием при (105±5) °С. Такая методика позволила получить полные данные о развитии деформаций при различной мере «ухода» из материала следующих видов воды: капиллярно-насыщенной, удаляемой при р/ро=0,54...0,98, капиллярно-конденсированной, удаляемой в интервале р/ро=0,3...0,54, адсорбционной и частично межслоевой воды, удаляемой при р/ро=0,0...0,32 и межслоевой воды, удаляемой высушиванием при (105+5) °С. При этом оценивалась полная величина деформаций усадки и определялась удельная усадка материала в расчете на массовый процент испаренной воды соответствующего вида, а также осредненное значение удельной усадки материала при удалении всей массы воды без учета ее видов.

Величина температурных деформаций образцов устанавливалась по компара-торным измерениям в диапазоне от - 40 °С до + 70 °С.

Методика оценки характеристик структуры и свойств. Динамика показателей сопротивления разрушению и трещинообразованию в процессе твердения цементного микробётона, плотного и поризованного мелкозернистого бетона оценивалась по пределу прочности на сжатие Rb, динамическому модулю упругости Ед, критическому коэффициенту интенсивности напряжений (вязкости разрушения) К,с Испытания образцов проводились после твердения их в нормальных условиях в течение 7. 14. 28, 90. 180 суток. Показатель Kic определялся по схеме нормального отрыва на образцов размером 40 «80*400 мм, имевших искусственную трещину - надрез; динамический модуль' упругости оценивали на образцах 40*40*160 мм с помошью ультразвукового прибора УК - 14П; предел прочности при сжатии устанавливали по ГОСТ 10180-90 ' Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам ".

Параллельно с механическими испытаниями вели оценки степени гидратации цемента, минералогического состава цементирующего вещества, для чего использовали рентгенофазовый (дифракгометр ДРОН - 2) и дифференциально-термический (де-риватограф системы Ф.Паулик, И.Паулик и Л.Эрдей) методы.

Свойства и характеристики структуры цементного микробетона, плотного и пори-зованнога бетонов оценивали по результатам испытаний малых выборок. При этом от-

носительная погрешность оценки математического ожидания Яь, Ея, Ки не превышала 5 %; полученные значения влажности, влагопотерь и деформаций имели относительную погрешность 12... 18 %, а степень гидратации - 5...7 %.

• V

Экспериментальные исследования закономерностей влияния

структурных факторов на эксплуатационную деформируемость

Исследование условий управления показателями деформируемости цементного микробетона. Цементный микробетон, являясь матрицей бетонов плотной и поризованной структуры, оказывается «носителем» развивающихся в материале объемных изменений. Закономерности процессов структурообраэования, изменения состояния и деформирования цементного микробетона имеют поэтому общее для плотного и поризованного,бетона значение.

Исследованиями установлено, что динамика процессов гидратации и твердения, изменения влажностного состояния, деформирования микробетона в принятом диапазоне варьирования рецегггурно-техвологических факторов и условий среды характеризуется типичными закономерностями (рис. 1).

Таблица 6 Характеристика твердеющего

ь- га О о.

40 20 ОЙ-

А ...

{

/

Сроки твердения, сут Минералогический состав

14 Са(ОН)3, эттрингит, следы С-&-Н(И>

28 Са(ОН)2, С-Б-Н(11), эттрингит, низкосульфатные гидро-сульфоалюминагты кальция

90-180 Са(ОН)2, С-8-Н(Н), ниэкосульфатные гидросульфоалю-минаты кальция

ь,мпа 40

5 0,4 Кк;,МН/Мм

ад -вязкость разрушения микробетона без наполнителя; К|С(И) -вязкость разрушения микробетона с наполнителем

15 30 45 И 75 90 105 120 1 35 150 165 180 Продолжительность твердения, сут

Рис. 1. Изменение характеристик структуры и свойств в процесое твердения (на примере цементного микробетона, В/Ц= 0,4)

В ранние сроки гидратации цемента и структурообразования цементного камня (до 14...28 суток) идет образование портландита, накопление преимущественно геле-видной морфологической разности гидросиликатов кальция, одновременно фиксируется повышенное содержание эттрингита (табл. 6). При дальнейшем развитии процессов гидратации вместе с постепенным прекращением накопления новообразований происходит "старение" гелеаидной фазы, переход эттрингита в низкосульфатные гидро-сульфоалюминаты кальция, что сопровождается изменением их удельной поверхности и удельной поверхностной энергии.

Развитие структуры пористости в период от 14 до 90 суток твердения характеризуется (по данным М.Ф. Казанского, Ю.В. Чеховского, А.Е. Шейкина) уменьшением объема микропор в 1,3...1,7, а их радиуса - почти, на порядок.

Динамика гидратации цемента связана с влажносгными условиями среды твердения и получаемой меры обезвоживания материала. Отмечаемое за период наблюдений замедление гидратации цемента с понижением значений р/ро от 1,0 до 0,32 составляет (10...15) абс.% показателя степени гидратации. Вследствие снижения степени гидратации цемента более высокой оказывается общая пористость, но при этом возрастает величина пористости, представленной капиллярами с радиусами более 10"6 м, и одновременно уменьшается доля микрокапилляров с радиусами менее 10"7 м.

Развитие деформаций соответствует изменению влажностного состояния материала. Деформации уменьшения объема материала продолжается до наступления пирометрического его равновесия в среде с р/ро = 0,32...0,75. При этом с уменьшением влажности среды возрастает скорость деформирования, а период их интенсивного развития и достижения максимума значений сокращается. В среде с р/ро=1,0 на начальном этапе твердения происходит частичное обезвоживание материала и развиваются незначительные (до 0,2...0,3 мм/м) деформации усадки, которые в процессе дальнейшего твердения сменяются деформациями набухания вследствие адсорбционно-конденсационного поглощения влаги возникающими новообразованиями материала.

Основываясь на известных выводах о том, что контракционные изменения внешнего объема твердеющего цементного камня в основном развиваются до момента окончания схватывания, а также исходя из полученных данных о соответствии изменения влажностного состояния материала его деформированию, можно заключить, что деформации, связанные с физико-химическими процессами твердения; не совпадают во времени с влажносгными. Поэтому с момента распалубки материала и начала его вещественного обмена со средой вклад контракционной составляющей деформаций в общую их совокупность можно не учитывать.

Установлено, что величина температурных деформаций в исследованном диапазоне от - 40 °С до + 70 °С независимо от состава и структуры исследуемых систем в 3...4 раза ниже величины влажностных деформаций.

Таким образом, изменение влажностного состояния материала является определяющим фактором его деформативных изменений, а влажностные деформации -главной их составляющей.

На фоне упрочнения материала при твердении развивается процесс его "охрупчивания". Величина К|с, проходя через определенный максимум своего значения' в 14...28 суток твердения, в последующем снижается. В указанные начальные сроки твердения интенсивное накопление гелевидных новообразований определяет способность материала пластически деформироваться. Наряду с этим повышенное содержание длинномерных кристаллов эттрингита в составе формирующегося цементирующего вещества обеспечивает "самомикроармирование" структуры (по В. В. Тимашову и П.Г. Комохову), чем создаются условия для эффективного торможения трещин и затруднительного распространения их в материале. При дальнейшем развитии процессов гидратации наблюдаемое снижение величины К|С (охрупчиаание) вызывается совокупностью процессов "старения" гелевидной фазы, укрупнения частиц новообразований, перехода эттрингита в низкосульфатные гидросульфоалюминаты кальция с другой формой их кристаллизации.

Сопоставление динамики е, К|С, позволяет сделать важный вывод о том (см. 1ис. 1), что в наиболее "опасный" период твердения, когда деформации предельно ин-енсивны, а их величина приближается кмаксимальным значениям, материал обладает I тоже время наиболее высоким потенциалом сопротивления трещинообразованию.

Модифицирование структуры материала, осуществляемое на данном масштабом уровне за счет воздействия факторов В/Ц-отношения и введения микронаполни-еля, оказывает существенное влияние на развитие процессов деформирования и досягаемые значения деформативных характеристик материала.

Изменение В/Ц от 0,27 до 0,55 не оказывает принципиально заметного влияния а состав новообразований цементирующего вещества, но при этом (рис. 2) повышает-я степень гидратации цемента на 15...20 % при всех (по р/ро) условиях твердения, что опровождается повышением относительного содержания в твердой фазе микробетона овообразований; пористость цементного камня увеличивается на 20 % при одновре-енном смещении экстремума на функции распределения объема пор по радиусам в горону увеличения радиуса от 5 нм до 60 нм (по данным А.Е. Шейкина, Л. И. Эдель-ан).

100 90 80 70 €0 50 40

у >

—^ к и

ъ— Г к

о—' -Л у

Обозначена: -о-р/&=1,0;

—о-р/р/=0,32

е- э

б I

К с

§ I

СС 2

£ 1

I в

I

М4К ЪГЮ£ ы

ост» очкъ е Ж1

^емг <73 и

0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 В/Ц-отношение

,25 0,3 0,35 0.4 0,45 0,5 0,55 В/Ц - отношение

Рис. 2. Зависимость характеристик структуры цементного микробетона от В/Ц-отношения (срок твердения 180 суток)

Такая трансформация структуры цементного камня, вносимая варьированием Ц, обуславливает изменение баланса сил, определяющих величину деформаций при еэвоживании, так как мера этих сил в микробетоне, согласно существующим пред-. явлениям, зависит от объема, удельной поверхности и удельной поверхностной энер-л цементирующего вещества, объема и распределения пор по размерам, а проявле-е их действия зависит от степени обезвоживания и вида удаляемой воды.

Происходящее при повышении В/Ц увеличение объема пор и начального влаго-держания материала приводит к росту величины деформаций в 1,5...1,7 раза на всех злах удаления воды (рис. 3). Однако увеличение среднего радиуса пор оказывается ¡¡старом снижения силы взаимодействия материала с водой и соответственно уровня здочных напряжений при ее удалении из порового пространства. Действительно, ве-чина удельной усадки микробетона при увеличении В/Ц в рассматриваемых границах оньшается для капиллярно-насыщенной воды с 0,81 до 0,29 мм/м, для конденсаци-ной и адсорбционной - с 0,43 до 0,32 мм/м, а для осредненного значения удельной адки цементного камня при удалении всей массы воды без учета ее вида с 0,49 до (2 мм/м на масс. % испаренной воды. В результате снижается скорость развития формаций, поэтому величина деформаций достигает максимальных значений для кробетона с В/Ц = 0,27....0,35 к 7... 14 суткам твердения, а при больших В/Ц - только !8...35 суткам, когда материал обладает наиболее высоким потенциалом сопротив-

ления разрушению и трещинообраэованию. Вместе с этим при повышении В/Ц уменьшается мера влияния влажностных условий твердения на величину деформаций. Так, при изменении р/ро от 0,75 до 0,32 величина усадки цементного камня с В/Ц=0,27 увеличивается в 1,7 раза, а с В/Ц= 0,5 только в 1,3 раза.

С точки зрения влияния В/Ц на динамику упрочнения и достигаемые значения .прочности микробетона, важно, что при повышении В/Ц вместе с закономерным снижением величины предела прочности на сжатие микробетона отмечается тенденция увеличения начальной скорости упрочнения и более высокий прирост прочности в длительные сроки твердения. Это определяется увеличением рис 3 развитие деформаций усадки при обезвоживании скорости-гидратации це- образцов цементного микробетона

мента и повышением предельно достигаемой степени гидратации при изменении В/Ц в рассматриваемом диапазоне. При увеличении В/Ц также уменьшается мера влияния на величину прочности влажностных условий твердения. Так, при изменении р/ро от 0,75 до 0,32 прочность цементного камня с В/Ц=0,27 снижается в 2,3 раза, а с В/Ц= 0,55 - лишь в 1,5 раза.

На основании полученных данных при проектировании составов поризованного бетона целесообразно учитывать установленные закономерности влияния фактора В/Ц на деформативные свойства. При снижении В/Ц достигаемое уменьшение величины деформаций сопровождается повышением удельной усадки материала на единицу массы удаленной воды; потенциал упрочнения при твердении в условиях одновременного обезвоживания исчерпывается в ранние сроки твердения, что в результате может понизить трещиностойкость материала.

При введении микронаполнителя в структуру цементного камня изменение баланса сил 'в материале при его обезвоживании и соответствующее изменение величины деформаций (табл. 7) обусловлено: 1) уменьшением объемной доли цементного камня с соответствующими ему порами в микробетоне, являющимися основной активной частью его влажностного деформиро- Таблица 7 вания; 2) «противоусадочным» действием изменение величины деформаций ■ зерен микронаполнигеля. микробетона при варьировании

Установлено, что величина деформаций усадки цементшго микробетона нелинейно связана с объемной долей микрозаполнителя \/Мн и может быть выражена экспоненциальной зависимостью:

е= 1,87е"1,79Умн (1)

Влажность, %

0 2 4 6 в 10 12 14 16 18 20 22

7—

Ш Рвг

// Л

// ) 4 I $/ц= 0,4!

У Л V

%

V =<М>

I

содержания микронаполнителя

Е, ММ/М 6уд=Е/(\/цк+\/пор)

0 1,89 1,89

0,35 0.97 " 1,51

0,45 0,81 1,52

0,55 0,68 1,38

Наиболее результативным оказывается введение микронаполнителя в количе-

стае (0,3...0,4) мэ/мэ. Это позволяет уменьшить величину деформаций в 2 раза по сравнению с эталоном; последующее увеличение содержания наполнителя до (0,5...0,55)м3/м3 сопровождается снижением деформаций на 20...30%.

В целом величина среднего значения удельной усадки микробетона с наполнителем составляет 0,29 мм/м, а эталонной системы без микронаполнителя - 0,4 мм/м на масс. % испаренной воды.

Отметим, что при введении микронаполнитэля значительно уменьшается мера влияния влажностных условий среды на деформации микробетона: деформации цементного камня с наполнителем при изменении р/ро от 0,75 до 0,32 увеличиваются на . 20 %, тогда как в эталоне - в 2 раза.

Микронаполнение цементного камня оказывает воздействие на динамику и величину показателей и К|С. К особенностям динамики упрочнения следует отнести большую в 1,2... 1,5 раза величину прироста прочности в длительные сроки твердения, по сравнению с системами без микронаполнителя. Это обусловлено увеличением использования потенциала клинкерной составляющей на 20...25 % при гидратации цемента в присутствии зерен микронаполнителя, выполняющих роль "подложки" для формирующихся кристаллов новообразований цементирующего вещества.

Введение микронаполнителя, приводя к снижению величины предела прочности при сжатии цементного камня в 1,5...2 раза, в то же время способствует повышению его вязкости разрушения за счет появления дополнительных границ раздела на пути движения трещины, что удлиняет фронт развития трещины, приводя к увепичению необходимой энергии разрушения. Величина К1С микробетона без наполнителя, проходя через определенный максимум своих значений в 14...28 суток твердения, к 3 месяцам снижается в 6 раз (см. рис. 1). Величина же «¡с микробетона с наполнителем, имея до 28 суток значения К|С сопоставимые с их величиной в цементном камне без наполнителя, при дальнейшем твердении снижается лишь в 1,5 раза и стабилизируется в возрасте 6 месяцев на уровне значений 0,2...0,23 МН/м34.

Таким образом использование фактора микронаполнения позволяет одновременно снизить величину деформаций и повысить вязкость разрушения (по К!с) микробетона.

В целом результативность модифицирования структуры на уровне цементного микробетона при варьировании факторов В/Ц и содержания микронаполнителя характеризуется возможностью снижения величины влажностных деформаций в 3...3.5 раза и повышения вязкости разрушения в 2 раза. Величина температурных деформаций практически не зависит от состава и структуры микробетона в исследуемом диапазоне их варьирования и составляет 0,07...0,08 мм/м при изменении температуры на каждые 10 °С.

При получении поризованного бетона также необходимо учитывать воздействие поверхностно-активной воздухововлекающей добавки на развитие процессов гидратации, так как установлено ее замедляющее влияние на гидратацию цемента. При твердении микробетона в средах с р/ро=0,5...1,0 отмечается снижение степени гидратации цемента, содержащего добавку, в 1,2... 1.25 раза, а в среде с р/ро=0,32 - почти в 2 раза ю сравнению с эталоном. В результате величина предела прочности на сжатие цементного камня с добавкой оказывается в возрасте 7. . 14 сут в 4,5...5 раз, а в 6 месяцев - в 2...3 раза ниже, чем в эталоне. В тоже время принципиально заметных отличий з динамике и величине деформаций мйкробетона с добавкой и эталона не зэфиксиро-зано. Поэтому можно считать, что вносимые указанной добавкой изменения в структуру цементного камня не повлияют на эксплуатационную деформируемость поризованного зетона.

Исследование условий управления показателями деформируемости плот-юго мелкозернистого бетона. На масштабном уровна мелкозернистого бетона роль -жлючений из зерен заполнителей аналогична роли зерен микронаполнителя в микробетоне: эксплуатационные деформации цементного мйкробетона с наполнителем и

мелкозернистого бетона при одинаковой объемной доле наполнителя и заполнителя близки по своим значениям. Зависимость величины деформаций усадки плотного мелкозернистого бетона от объемной доли заполнителя 1 \/3дп также носит экспоненциальный характер:

с = 2,19 б

-1,88 V3An

(2)

Наиболее эффективным является введение в структуру материла заполнителя

-> »...„.^.-ilr^rtL,,«™^ n W4 Н.л. лл /А ОС П ».3, 3 „лот.,..

также, как и микронаполнителя, в количестве до (0,35...0,4) м /м (табл. 8), когда достигается почти двухкратное снижение

Таблица 8 Изменение величины деформаций _ мелкозернистого бетона при варьировании

бетон на портланд-дком цементе (В/Ц=0,5) бетон на наполненном цементе (В/Т=0,5) 1

\/зап, м3/м3 Е, ММ/М N/зал, mVm3 Е, ММ/М

0 2,20 0 2.2

0,35 1,15 0,35 1,22

0,45 0,91 0,45 0,87

0,55 0,80 0,55 ' 0,78

величины деформаций. При дальнейшем увеличении содержания зерен заполнителей в бетоне снижается эффективность их "противоусадочного" действия: величина деформаций при возрастании объемной доли заполнителей в материале от 0,35 до 0,55 м3/м3 уменьшается не более, чем на 30%.

При одинаковом содержании заполнителей и микронаполнителя мелкозернистый бетон по сравнению с микробетоном характеризуется меньшей величиной удельной усадки на этапах удаления всех видов воды, а также наименьшей средней удельной усадки от удаления всей массы воды (0,21...0,24 мм/м). При этом для мелкозернистого бетона на долю капиллярно-насыщенной воды приходится около половины всей величины полной вла-кностной усадки материала. Удельная усадка от ее удаления составляет 0,23...0,28 мм/м на масс.% удаленной воды. Уменьшается воздействие на усадку межслоевой воды (в микробетоне величина удельной усадки при ее удалении составляет 0,32...0,41 мм/м, а в мелкозернистом бетоне - 0,15.. .0,25 мм/м).

Таким образом, использование мелкого заполнителя в качестве противоусадочного каркаса является более .эффективным и экономичным способом управления де-формативными характеристиками материала по сравнению со способом микронапол-. нения.

Совместное использовании факторов введения микронаполнителя и заполнителя на данном масштабном уровне структуры оказывается неэффективным с точки зрения воздействия на величину деформаций: их значения практически одинаковы для бетона на портландском и наполненном цементе при одной и той же объемной доле заполнителей (см. табл. 8). Однако фактор микронаполнения сохраняет свое положительное влияние на вязкость разрушения мелкозернистого бетона. Важно отметить, что К,с бетона на цементе без микронаполнителя к 180 суткам твердения снижается по сравнению с максимальными значениями в 5 раз. a Kte бетона на наполненном цементе -только в 1,5 раза. В итоге вязкость разрушения микронаполненног^з мелкозернистого бетона оказывается выше, чем у бетона без микронаполнителя.

Динамика упрочнения мелкозернистого бетона отличается от характера этого процесса для цементного микробетона отсутствием спадов прочности в возрасте 14...28 суток. Важно, что при увеличении содержания заполнителя снижается мера влияния влажностных условий твердения на прочность. Снижение величины Rb при изменении р/ро от 1,0 до 0,32 составляет 15...25 % для мелкозернистого бетона; прочность же цементного микробетона при изменении р/ро в том же диапазоне уменьшается в 1,5...2,3 раза.

Величина температурных деформаций мелкозернистого бетона мало зависит от его состава и структуры в исследованном диапазоне их варьирования и составляет, 0,09...0,11 мм/м при изменении температуры на каждые 10 °С, что, однако, выше значений, характерных для микробетона.

Эффективность воздействия фактора введения мелкого заполнителя на дефор-мативные свойства на уровне плотного мелкозернистого бетона характеризуется возможностью снижения величины «исходных» значений деформаций микробетЪна в 2,5...3 раза, повышения значений вязкости разрушения в 1,5...2,5 раза.

Исследование условий управления показателями деформируемости пори-зова^ного мелкозернистого бетона. Влияние на величину деформаций, прочностные характеристики и вязкость разрушения пориэованного бетона фактора введения в его структуру макропор исследовалось в диапазоне объемного их содержания йт 0 (мелкозернистый плотный бетон) до 0,6 мг/м3 (мелкозернистый поризованный бетон средней плотности 800 кг/м3). Состав мелкозернистого бетона как материала межпоровых перегородок принимался постоянным по содержанию мелкого заполнителя и величине В/Ц (В/Цн) (см. табл. 5).

В результате введения макропор в структуре материала уменьшается объемная доля цементного камня с соответствующим ему объемом новообразований и микропор, являющихся основными "носителями" деформаций композиционного материала; одновременно с этим становится меньшим и объемное содержание зерен заполнителя и мифонаполнителя, выполняющих роль "противоусадочных" элементов структуры. Пер-

а)

Rb, МПа

ЕдхЮ-3, МПа

Kfc, МН/м3'

б)

Rb, МПа Едх1СГ!, МПз

Е=21710е'

,-2,67УвВП МН/мм

К/ Rh=19.4e~3,8eVBm

'Г--*--1

Kc=0,19e-°'91VBBn

Объемная допя пор возду-хововлечения Vesn, Wtu*

Объемная доля пор возду-хововлечения VBOT, м3/м;

Рис. 4. Зависимость величины е, Яь, Ед, Кю поризованного бетона на портландцементе (а) и наполненном цементе (б) от объемной доли макропор Уе=г,

- • - 18 вое является фактором снижения уровня усадочных напряжений при испарении воды из бетона, и это четко проявляется на этапе удаления капиллярно-насыщенной воды: величина удельной усадки снижается для данного вида воды с 0,5 до 0,35 мм/м (для объемной доли макропор в рассматриваемом диапазоне). Показатели средней удельной усадки при удалении всей массы воды без учета ее видов также снижаются от 0,35 до 0,25 мм/м на масс.% испаренной воды. Но имеющее одновременно место уменьшение объемной доли "противоусадочного каркаса" снижает потенциал упругого сопротивления твердой фазы ее деформированию. В итоге величина деформаций при увеличении объемной доли макропор от 0 до 0,6 мэ/м3 возрастает на 20...25 % (рис. 4).

Введение пор воздухововлечения в мелкозернистый бетон приводит к ускорению его обезвоживания, вследствие чего увеличивается и скорость деформирования, а развитие деформаций усадки прекращается уже к 14. ..20 суткам твердения.

Увеличение объемного содержания макропор закономерно приводит к снижению прочности на сжатие, модуля упругости и вязкости разрушения. При этом характер данных закономерностей является общим для бетонов на портландском и наполненном цементе. Вместе с тем отмечается, что на фоне понижения величины предела прочности на сжатие и модуля упругости в 5 . 6 раз, величина Кс уменьшается всего в 2. 3 раза. Это объясняется тем, что, макропоры, с одной стороны, ослабляя материал, с другой, изменяют и условия распространения трещин в материале: с "появлением" по фронту развивающейся трещины макропоры происходит увеличение радиуса основания трещины («притупление» трещины) и соответствующее снижение концентрации напряжений. В итоге поризация для величины Кй оказывается не столь сильно понижающим фактором, нежели для Яь и Ея.

Для динамики и Ед поризованных бетонов показательным является низкая скорость упрочне-.ния на начальном этапе твердения и существенный дополнительный прирост их значений (в 1,3... 1,6 раза) в длительные сроки твердения (в отличие от динамики данных показателей для плотного мелкозернистого бетона, величина Р?ь и Ед которого к 28 суткам твердения приближается к максимуму предельных значений) Эти отличим обусловлены замедлением гидратации цемента в присутствии воздуховов-лекающей добавки, особенно сильно выраженном именно на начальном зта-ле твердения.

Динамика К|С имеет

общие с микробетоном и рис 5 Развитие усадки при обезвоживании образцов мелкозернистым бетоном цементного микробетона, плотного и поризованного закономерности развития мелкозернистого бетона

Величина К.г достигает

51

Влажность, % 10 12 14 16

<— цементный микробетон. В/Ц=0,4

т—цементный микробетон с микронаполнителем,

В/Ц-0,4,' соотношение цементмикЕХ>напопнигель= 1:; платный мелкозернистый бетон. Б/Ц^ОЛ соотношение цемект:заполнитель=1 2 >— поризовамный мелкозернистый бетон. 600 кг/м" В/Ц=0,4, соотношение цеменг.заполнитель=1:2

8

максимума своих значений (0,12...0,15 МН/м3'2) в возрасте 14...28 суток, а в процессе дальнейшего твердения происходит ее снижение в 2 раза для бетона на наполненном цементе, и в 3 раза для бетона без микронаполнителя. В результате значения К(с стабилизируются на уровне величины 0,05...0,06 МН/м^2.

Величина температурных деформаций поризованного бетона при изменении температуры на каждые 10 °С составляет 0,1...0,06 мм/м и уменьшается при увеличении объема макропор.

Управление эксплуатационной деформируемость поризованного бетона достигается .«включением» в действие всей принятой и последовательно рассмотренной для масштабного уровня микробетона и плотного мелкозернистого бетона совокупности структурных факторов: объемного содержания новообразований, микро- и макропор, микронаполнителя и заполнителя, функции распределения по размерам структурных элементов этих составляющих, удельной поверхности и удельной поверхностной энергии цементирующего вещества

Эффективность такого управляющего воздействия характеризуются возможностью изменения величины деформаций материала в 3...5 раз (рис, 5), а повышения вязкости разрушений (по К|С) в 1,5...2 раза. И это позволяет повысить потенциал трещино-стойкости материала почти на порядок.

Обоснование рационального состава и структуры поризованного бетона '

Обоснование рационального состава и структуры поризованного бетона, то есть его конструирование, связано с решением задачи получения материала с минимальной эксплуатационной деформируемостью е, повышенной вязкостью разрушения К|С при условии обеспечения нормируемых показателей качества бетона по классу по прочности на сжатие и марке по средней плотности. При этом одновременно должны быть выполнены требования по подвижности бетонной смеси, диктуемые параметрами процесса ее поризации. Таким образом критерием цели при выборе оптимальных параметров состава и структуры твердой фазы и порового пространства конструируемого поризованного бетона выступает его трещиностойк'осггь, определяемая эксплуатационной деформируемостью и вязкость*?разрушения К|С. .■ '

Решение задачи представляется и осуществляется в виде последовательных этапов:

1) обоснования и назначения показателей качества поризованного бетона, исходя из вида и условий работы строительных конструкций;

2) определения рациональных объемных соотношений твердофазовой составляющей и макропор на уровне поризованного бетона соответствующей задаваемой средней плотности. Для данного масштабного уровне материала это реализуется выбором дозировки воздухововлекающей добавки и назначения режимов перемешивания;

3) выбора рациональных качественных и количественных характеристик состава и структуры твердой фазы (объемное содержание вяжущего и заполнителя) на уровне мелкозернистого бетона по условиям обеспечения заданной прочности поризованного бетона с минимальной эксплуатационной деформируемостью. Для данного масштабного уровня выполнение указанных требований реализуется при назначении соотношения вяжущего и заполнителя в составе бетона;

4) выбора рациональных качественных и количественных параметров состава и структуры твердой фазы и порового пространства на уровне цементного микробетона (соотношение объемов микронаполнителя, новообразований, микропор, распределение по размерам пор, удельная поверхность и удельная поверхностная энергия цементирующего вещества, связанная с его химико-минералогическим составом) по условиям обеспечения максимальной прочности и минимальной деформируемости. Для данного масштабного уровня выполнение указанных требований реализуется путем назначения величины В/Ц, дозировки микронаполнителя.

Таблица 9

Параметры состава и структуры, рецептурно-технологические факторы получения мелкозернистого плотного

_____ ______ _ и поризованного бетонов для монолитных конструкций_____

Наименование показателей • Показатели

Марта по средней плотности 02100 • 01600 01200 ' раоо

■ " " Класс по прочности В15 В25 В7,5 В3,5 В5 В1,5 В2,5

Объем макропор, м3^ - - 0,24... 0,26 0,42...0,44 0,42...0,44 0,6... 0,62 0,6... 0,62

Объем твердой фазы, мг/м3 0,8...0,83 0,8...0,83 0.6...0,62 0,43... 0,46 0,43...0,46 0,29...0,31 0,29.„0,31

3 Я Объем заполнителей, м3/м3 0,5.. .0,56 0,4...0,45 0,38...0,4 0,28...0,3 0,28... 0,3 0,18...0,2 0,18.„0,2

£ а 5 & я а о. с Объем цементирующего вещества, м3/м3 0,14.„0,16 0,35...0,38 0,2...0,22 0,09.„0,1 0,15.. .0,16 0,05...0,06. 0,11. ..0,12

га р С ч Объем микронаполнителя, м3/м3 0,13 ..0,15 - - 0,075...0,08 - 0,05...0,06 -

,Объем микропор,-м3/м3 0,17...0,20 0,15...0,17 0,12,..0,14 0,01...0,013 0,01...0,013 0,08...0,09 0,08.„0,09

В/Ц - 0,35 0,35 - 0,4 - 0,4

Рецептурно- В/Цн ■ 0,4 - - 0,4 - 0,4 -

технологические Ц:Н 1:1 - - 1:1 - 1:1 -

факторы Ц:П - ' 1:1,5 ■ 1:2 - 1:2 1:2

• Ци:П 1:2 - - 1:2 - ■ 1:2 -

Обеспечиваемая величина деформаций, мм/м 0,75 .0,75 0,8 0,9 0,9 1,0 .1.0

Рекомендуемая номенклатура монолитных .конструкций • фундаменты внутренние несущие стены перегородки наружные стены, подготовки под полы

Примечания:

1. Величина деформаций соответствует изменению влажности материала от отпускной до равновесной со средой,

2. Класс бетона приведен для зданий этажностью до 3 этажей.

На основании полученных в работе количественных закономерностей >ецептурно-технологические факторы - параметры состава и структуры - свойства" энная задача решена для бетона, предназначенного для монолитных фундаментов, аружных и внутренних стен, подготовок под полы (табл. Э).

Характеризуя разработанные и рекомендуемые пориэованные бетоны, важно со-зславить их с автоклавными ячеистыми бетонами, получившими широкое распространив и положительно зарекомендовавшими себя в строительной практике, а также с автоклавными ячеистыми и поризованными бетонами, применявшимися до начала )-х годов.

Сопоставление свойств производилось как к моменту окончания технологическо-цикла (табл. 10), так и по результатам трехгодичных натурных наблюдений за со-оянием монолитных стен из поризованного бетона.

Таблица 10

Свойства поризованного и ячеистых бетонов автоклавного и безавтоклавного твердения __

Вид бетона Отпускная влажность, % •е, мм/м К,о,,,, МН/м

Ччеистый пено- и газобетон естественного твердения, р=700-800 кг/м3 25-35 4,05,0 нет данных

Газобетон на тонкомолотых компонентах, твердение при пропаривании, р=700-800 кг/м 35-45 ТВ^ 2,5 нет данных

Автоклавный силикатный ячеистый бетон, р=700-800 кг/м3 20-25 0,40,5 0,110,15

Разработанный и рекомендуемый поризованный етон для монолитных конструкций. р=700-800 кг/м3 7-9 0,81,0 0,110,12

Примечаниям

1. Величина деформаций соответствует изменению влажности материала от от-скной до равновесной с эксплуатационной средой.

2. Величина К1с соответствует ее значениям к моменту завершения технологиче-эго цикла.

Сравнительный анализ свойств позволяет говорить о конкурентоспособности по-зованного бетона и возможности внедрения его в строительную практику. При сопос-зимой средней плотности его прочность может соответствовать прочности других виз ячеистых бетонов, а по величине эксплуатационной деформируемости он уступает пько автоклавным бетонам заводского изготовления, получающим в отличие от ос-пьных видов ячеистых бетонов предельную завершенность процессов структурооб-эоэания искусственного камня уже на стадии производства. По результатам натур-х наблюдений установлено, что прочность поризованного бетона за 2 года увеличи-сь на 30...40 %, развитие процессов трещинообразования в процессе эксплуатации привело к недопустимому ухудшению качества и потери работоспособности конст-щий из прризованного бетона

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Систематизированы и развиты применительно к технологии монолитного гаительства представления о процессах изменения состояния и. деформирования зизованного бетона. Деформации поризованного бетона, развивающиеся под воэ-^сгвием внутренних и внешних движущих сил изменений, являются совокупным ре-1ьтатом процессов гидратации и твердения, тепло- и массообмена со средой, воз-^ствия механической нагрузки. Развитие данных процессов сопровождается явле-тми контракции, температурными и влажностными деформациями, деформациями от мческой коррозии и механической нагрузки и является причиной формирования по-

лей деформаций и напряжений, приводящих к образованию и развитию трещин.

2. Обоснованная в работе система структурных факторов управления деформа-тивными характеристиками поризованного бетона связывается с регулированием объемного соотношения основных структурных составляющих материала (цементирующего вещества, зерен заполнителя и наполнителя, пор); функции распределения по размерам структурных элементов этих составляющих; минералогическим и морфологическим составом цементирующего вещества, предопределяющих его удельную поверхность и удельную активность во взаимодействии с водяным паром и водой эксплуатационной среды. ,

3. Развитие деформирования материала оказывается результатом совокупности процессов, однако определяющая роль принадлежит процессу обезвоживание. Деформации влажностной усадки являются главной составляющей деформаций при действии факторов среды. Объемные изменения в результате развития процессов гидратации в основном происходят до распалубки и не совпадают во времени с влажностными. Температурные деформации составляют 0,06...0,10 мм/м при изменении температуры на каждые 10 °С и могут явиться дополнительной причиной трещинообразования.

- 4. Управление деформативными свойствами поризованного бетона достигается последовательным "включением" в действие факторов на всех масштабных уровнях строения материала. Управление деформативными свойствами осуществляется через изменение объемного соотношения новообразований цементирующего вещества, остаточных зерен цемента, микропор и их среднего эквивалентного радиуса, что достигается варьированием величины В/Ц, создание противоусадочного каркаса за счет введения микронаполнителя и заполнителя, изменение объемного содержания макропор.

5. Фактор варьирования величины В/Ц неоднозначно влияет на деформативные •свойства. Происходящее при повышении В/Ц увеличение объема пори начального вла-госодержания материала приводит к росту величины деформаций в 1,5... 1,7 раза, однако увеличение среднего радиуса пор оказывается фактором снижения силы взаимодействия материала с водой, вследствие чего величина удельной усадки на единицу массы удаленной воды снижается на различных этапах обезвоживания в 1,5...2,5 раза. В итоге уменьшается скорость развития деформаций, мера влияния влажностных условий твердения и получаемой степени обезвоживания материала на их величину.

6. Фактор введения микронаполнителя обеспечивает снижение силы взаимодействия материала с водой за счет уменьшения относительного содержания объема цементного камня в- структуре микробетона и «противоусадочного» действия зерен микронаполнителя. Полная и удельная величина деформаций усадки снижается в 2:..3 раза. Одновременно введение микронаполнителя повышает вязкость разрушения за счет образования поверхности раздела фаз, удлиняющей фронт развития трещины, что увеличивает необходимую энергию разрушения.

В целом результативность модифицирования структуры при варьировании факторов В/Ц и содержания микронаполнителя характеризуется возможностью снижения величины влажностных деформаций в 3...3.5 раза и повышения вязкости разрушения р 2 раза. " • • •

7. Роль включений из зерен заполнителей аналогична роли зерен микронаполнителя в микробетоне. Эффективность воздействия фактора введения мелкого заполнителя на деформативные свойства на уровне плотного мелкозернистого бетона характеризуется возможностью снижения величины деформаций в 2,5...3 раза, повышения вязкости разрушения в 1,5...2,5 раза Деформации цементного микробетона и мелкозернистого бетона при одинаковой объемной доле соответственно наполнителя и заполнителя близки по своим значениям. Использование мелкого заполнителя в качестве противоусадочного каркаса является более эффективным и экономичным способом управления деформативными характеристиками материала по сравнению со способом мик: ронаполнения

8. Введение макропор в структуру материала приводит к уменьшению объемной доли цементного камня, являющегося основным "носителем" деформаций композици-

онного материала; одновременно с этим становится меньшим и объемное содержание "лротивоусадочных" элементов структуры. В результате величина деформаций по-ризованного бетона повышается на 20...25% в сравнении с мелкозернистым плотным бетоном. При этом происходит закономерное снижение прочности, модуля упругости, вязкости разрушения материала. Макропоры, с одной стороны, ослабляя материал, с другой, способствуют изменяют условия распространения трещин в материале (притупляя их вершины повышают необходимые для развития трещин затраты энергии). По-ризация для величины деформаций, вязкости разрушения оказывается не столь сильно действующим фактором, нежели для прочности и модуля упругости.

9. На основании полученных закономерностей "рецетурно-технологические факторы - параметры структуры - свойства" предложены рациональные характеристики состава и структуры пориэованных бетонов с минимальной эксплуатационной деформируемостью для строительных конструкций различного функционального назначения, разработаны рекомендации к «Технологическому регламенту на бетонирование монолитных конструкций из мелкозернистого цементного пориэованного бетона».

Практическая реализация рекомендаций по повышению эксплуатационной тре-щиностойкости стен из поризованного бетона обеспечивает возможности снижения эксплуатационных затрат при восстановительном ремонте после периода приработки конструкций в 5...6 раз по сравнению с обычными поризованными бетонами, пено- и газобетонами неавтоклавного твердения.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

1. Славчева Г.С. Система процессов деформирования поризованного бетона в монолитных строительных конструкциях //Материалы научн- техн.конф...- Воронеж: 1995.- С.60-63. (

2. Крылова А.В., Славчева Г.С. Условия регулирования деформаций влажност-ной усадки поризованного бетона// Ресурсе- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций: Материалы Междунар.конф., ч. 3. - Белгород: 1995,- С.75.

3. Славчева Г.С. Эсппуатационнные условия развития процессов деформирования поризованного бетона в монолитных стеновых конструкциях //Материалы научн,-гехн.конф...- Воронеж: 19Э7- С.21-24.

4. Чернышов Е М. , Дьяченко Е.И., Славчева Г.С. Динамика К,с твердеющего плотного и поризованного бетона// Современные проблемы строитепьного материаловедения. IV академические чтения РААСН: Материалы Междунар.конф., ч. I. - Пенза: 1998,- С. 18-24.

5. Славчева Г.С. Исследование гидратации цемента применительно к условиям твердения поризованного бетона в монолитных конструкциях // Материалы научн,-гехн.конф...- Воронеж: 1998,- С.

Ь1: У У - О/7УУ- 3

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ

АКАДЕМИЯ

СТРУКТУРНЫЕ ФАКТОРЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ДЕФОРМИРУЕМОСТЬЮ ЦЕМЕНТНОГО ПОРИЗОВАННОГО БЕТОНА ДЛЯ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

СЛАВЧЕВА Галина Станиславовна

Научный руководитель член-корреспондент РААСН, доктор технических наук,

профессор ЧЕРНЫДЮВ Е.М.

Научный консультант кандидат технических наук

доцент ДЬЯЧЕНКО Е.И.

Воронеж -1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ

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

1. Состояние вопроса. Разработка концепции управления эксплуатационной деформируемостью поризованного бетона для монолитных конструкций................................................................................8

1.1. Обобщение информации по проблеме эксплуатационной деформируемости и трещиностойкости легких макропористых

. бетонов..................................................................................10

1.2. Система процессов изменения состояния и деформирования поризованного бетона...............................................................29

1.3. Структурные факторы управления эксплуатационной

деформируемостью поризованного бетона...................................42

1.4. Обоснование содержания экспериментальных исследований..............48

2. Методика экспериментальных исследований.......................................51

2.1. Обоснование границ факторного пространства экспериментальных исследований...........................................................................48

2.2. Методика исследования процессов деформирования..........................54

2.3. Методика оценки характеристик состава, структуры и свойств............56

2.4. Применяемые сырьевые материалы и методика изготовления образцов.................................................................................60

2.5. Методика расчета параметров структуры........................................61

3. Экспериментальные исследования структурных факторов управления эксплуатационной деформируемостью на уровне цементного микробетона.....64

3.1. Характеристика общих закономерностей процессов гидратации и твердения, изменения влажностного состояния и деформирования........64

3.2. Исследование структурных факторов управления

показателями деформативности ...................................................80

3.2.1. Влияние фактора водоцементного отношения на параметры структуры и показатели деформативности..............................80

3.2.2. Влияние фактора микронаполнения на параметры

структуры и показатели деформативности..............................97

3.2.3. Влияние поверхностно-активной воздухововлекающей добавки

на параметры структуры и показатели деформативности...........113

3.3. Выводы..............................................................................116

4. Экспериментальные исследования структурных факторов управления эксплуатационной деформируемостью на уровне мелкозернистого плотного и поризованного бетона...................................... .............119

4.1. Влияние фактора содержания мелкого заполнителя на параметры структуры и показатели деформативности плотного мелкозернистого бетона..................................................................................120

4.2. Влияние фактора содержания пор воздухововлечения на параметры структуры и показатели деформативности поризованного мелкозернистого бетона..........................................................136

4.3. Выводы........................................;.....................................154

5. Рациональные решения технологии, практические результаты работы

и их технико-экономическая оценка...........................................158

5.1. Обоснование рационального состава и структуры поризованного бетона..................................................................................159

5.2. Сравнительная оценка свойств и состояния конструкций из поризованного бетона, неавтоклавных и автоклавных

ячеистых бетонов....................................................................170

5.3. Разработка рекомендаций в технологический регламент на возведение монолитных конструкций из поризованного бетона повышенной эксплуатационной трещиностойкости..........................................184

5.4. Технико-экономическая оценка эффективности повышения эксплуатационной трещиностойкости на примере монолитных стеновых конструкций из поризованного бетона..........................................186

5.5. Выводы.................................................................................188

Основные выводы...........................................................................189

Список литературы...........................................................................194

Приложения: 1. Рекомендации в «Технологический регламент на бетонирование строительных конструкций из мелкозернистого цементного поризованного бетона».......206

2. Акт о внедрении разработок в АОЗТ «СМУ-43»

г. Воронежа....................................................214

3. Акт о внедрении разработок в «Коттедж-индустрия»

г. Россоши......................................................216

4. Акт о внедрении разработок в учебный процесс........218

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Поризованные цементные бетоны, получаемые с использованием приема воздухововлечения при перемешивании, составляют общую с пено- и газобетонами разновидность, входящую в группу легких макропористых бетонов. На основе синтезированных в последние годы супервоздуховов-лекающих поверхностно-активных добавок появилась возможность получения поризованных бетонов средней плотности от 1800 до 800 кг/м3, что позволяет расширить область их применения. Такие бетоны различного функционального назначения (конструкционные, конструкционно-теплоизоляционные, теплоизоляционные) характеризуются высоким потенциалом конкурентоспособности и особенно в монолитном строительстве, когда их твердение происходит в естественных условиях. Однако практическая реализация этого потенциала сдерживается нерешенностью проблем их эксплуатационной трешиностойкости. Именно высокая деформируемость и неудовлетворительная эксплуатационная трещиностойкость неавтоклавных и «нормально твердеющих» пено- и газобетонов явились причиной повсеместного отказа в начале 70-х годов от их получения и применения.

В современных экономических условиях, когда все большее развитие получает малоэтажное строительство, в том числе и монолитное, и когда обострились вопросы энергосбережения, возникает потребность в создании прогрес-

<г

сивных технологий по производству строительных материалов и изделий, обеспечивающих экономию энергоресурсов и возможность применения относительно простых технологических решений, не требующих развитой производственной инфраструктуры. Поэтому вновь возрос и научный, и инженерный интерес к ячеистым бетонам неавтоклавного и естественного твердения. Перспективным в этом направлении является разработка мобильных технологий производства неавтоклавных и нормально твердеющих ячеистых бетонов, в первую очередь цементных поризованных бетонов как их разновидности, для монолитного и "мелкоштучного" строительства. Их высокая технико-экономическая эффективность предопределяется относительно невысокими за-

тратами и низкой энергоемкостью при получении, простотой и гибкостью технологических решений.

Вместе с этим наряду с достигнутыми в последнее время результатами в области разработки новых технологий пено-, газо-, поризованных бетонов, исследованиям проблемы деформируемости и трещиностойкости не уделялось должного внимания. Такое положение может послужить причиной новой дискредитации потенциально эффективных и конкурентоспособных материалов, 1 какими являются неавтоклавные и нормально твердеющие ячеистые бетоны, в первую очередь поризованные бетоны как их разновидность, и не позволит реализовать их потенциал.

В связи с указанным актуальным представляется расширение исследований процессов деформирования поризованных бетонов при твердении в условиях естественных физико-климатических воздействий, системного рассмотрения возможностей снижения эксплуатационной деформируемости на основе управления параметрами состава, структуры и состояния материала и соответствующего изменения баланса сил, определяющих развитие напряжений и объемных изменений материала. Такие исследования являются необходимым условием, основой для разработки научно-практических рекомендаций по технологии монолитных конструкций из поризованного бетона повышенной эксплуатационной трещиностойкости.

С изучением обозначенных актуальных вопросов связаны цель, задача и

/

содержание исследований.

Целью диссертационной работы является исследование структурных факторов управления эксплуатационной деформируемостью цементного поризованного бетона средней плотности 800-1800 кг/м3 применительно к условиям его твердения и работы в монолитных конструкциях, обоснование практических рекомендаций по снижению деформируемости материала как средства повышения эксплуатационной трещиностойкости конструкций.

Научная новизна работы. Систематизированы процессы изменения состояния и деформирования цементного поризованного бетона, твердеющего в построечных условиях в монолитных конструкциях.

Обоснована система структурных факторов управления эксплуатационной деформируемостью поризованных бетонов с учетом механизма развития объемных изменений в процессе его твердения и взаимодействия с эксплуатационной средой.

Обоснована методика экспериментальных исследований процфсов деформирования, учитывающая действие факторов эксплуатационной среды при твердении бетона в монолитных конструкциях. I

Выявлены особенности развития процессов изменения состояния и деформирования поризованного бетона и получены соотношения, количественно отражающие зависимость деформативных характеристик поризованного бетона от его состава и структуры.

Достоверность полученных результатов обеспечена методически обоснованными комплексными количественными исследованиями состава, структуры и свойств поризованного бетона, натурными наблюдениями за состоянием материала в конструкциях опытных объектов, применением вероятностно-статистических методов обработки результатов экспериментов.

Практическое значение работы определяется тем, что управление эксплуатационной деформируемостью поризованного бетона и повышение на этой основе его эксплуатационной трещиностойкости обеспечивает расширение фронта его применения, использования потенциала конкурентоспособности.

Внедрение результатов. Результаты диссертационных исследований

/

реализованы при разработке предложений по получению поризованного бетона средней плотности 800-1600 кг/м3 с пониженной деформируемостью. Предложения вошли в "Технологический регламент на бетонирование монолитных конструкций из мелкозернистого цементного поризованного бетона". Инженерные решения использовались при возведении наружных и внутренних стен, устройстве теплоизоляции перекрытий трех строительных объектов. Методические разработки и результаты исследований использованы в учебном процессе по специальности ПСК 2906 - "Производство строительных изделий, материалов и конструкций" при постановке лабораторного практикума, курсового и дипломного проектирования.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на Международной конференции "Ресурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкции" (Белгород, 1995г.); Международной конференции "Актуальные проблемы строительного материаловедения" (IV академические чтения. Пенза, 1998), а также на научно-техницеских конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской ГАС А (Воронеж, 1995-1998г.г.) 1

Публикации. По результатам исследований опубликовано 5 печатных

работ.

Автор защищает:

- разработанную систему представлений и новые данные о процессах изменения состояния и деформирования поризованного бетона, твердеющего в построечных условиях в монолитных конструкциях;

- предложенную систему представлений и новые научные данные о структурных факторах управления эксплуатационной деформируемостью поризованного бетона;

- методику исследований процессов деформирования материала в условиях, учитывающих характеристики эксплуатационной среды;

- результаты экспериментальных исследований закономерностей изменения состояния и развития деформаций материала;

- результаты экспериментальных исследований взаимосвязи деформатив-ных характеристик поризованного бетона с его составом и структурой;

- практические предложения по условиям получения поризованного бетона с пониженной эксплуатационной деформируемостью.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ДЕФОРМИРУЕМОСТЬЮ ПОРИЗОВАННОГО БЕТОНА ДЛЯ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Производство легких бетонов в нашей стране при несомненных и значительных успехах характеризуется существенными негативными явлениями. Сложилась нерациональная структура выпуска легких бетонов по их разновидностям, мало внимания уделялось применению легких бетонов в монолитном строительстве. Предпочтение отдавалось выпуску энергоемких бетонов на обжиговых пористых заполнителях, а производство легких макропористых, в частности, ячеистых и поризованных бетонов наращивалось неоправданно медленно, несмотря на то, что был выполнен большой объем научных исследований и получено значительное число разновидностей поризованных, пено-и газобетонов широкого назначения на основе самого разнообразного сырья.

В условиях относительной дешевизны тепловой энергии среди ячеистых бетонов преимущественное развитие получили автоклавные бетоны, так как автоклавная обработка обеспечивала получение материала удовлетворительной трещиностойкости. Получить же неавтоклавный ячеистый бетон, сопоставимый по показателям деформируемости и трещиностойкости с автоклавными бетонами, не удалось, что и послужило причиной повсеместного отказа

от их производства и применения.

!

В настоящее время, в связи с актуальностью проблемы энергосбережения в строительном комплексе, вполне обосновано расширение исследований по технологии поризованных цементных бетонов и изделий из них, получаемых наиболее простым и универсальным из известных способов их пориза-ции - способом воздухововлечения при перемешивании. Преимуществом данного материала является предельная простота его технологии, так как рассматриваемый способ формирования пористой структуры позволяет использовать при его получении пески с природным модулем крупности, а твердение происходит в нормальных условиях. Это позволяет изготавливать поризо-ванный бетон не только в заводских, но, что особенно важно, в построечных

условиях.

Однако появившаяся в последнее время возможность получения поризо-ванных бетонов широкой номенклатуры (в диапазоне средней плотности от 400 до 1800 кг/м3) на основе новых синтезированных супервоздухововлекаю-щих добавок и Использования их для монолитного и крупноблочного строительства не может быть реализован в полной мере из-за их высокой эксплуатационной усадочности и, соответственно, низкой трещиностойкости.

Анализ состояния проблемы управления деформативными свойствами и трещиностойкостью бетонов с развитой макропористостью целесообразно предварить принятой на сегодняшний день классификацией легких бетонов, для того чтобы определить место поризованных бетонов в общей их совокупности, и на этой основе осуществлять отбор необходимой для анализа и оценки информации.

Легкие бетоны подразделяют на два основных класса: легкие бетоны на пористых заполнителях и ячеистые бетоны. В настоящее время сложилась следующая классификация ячеистых бетонов.

1) По способу образования пор выделяют:

- пенобетоны, получаемые минерализацией специально приготовленной пены сухим компонентами;

- газобетоны, ячеистая структура которых образуется в результате химических реакций, идущих с выделением газа;

/

- аэрированные бетоны, поризация которых осуществляется барботиро-ванием бетонной смеси;

- поризованные бетоны, получаемые воздухововлечением при перемешивании;

- микробетоны (микропориты), получаемые в результате испарения избыточной воды затворения.

Пенобетоны, газобетоны, аэрированные и поризованные бетоны также можно определить как легкие макропористые бетоны, микробетоны (микропориты) -как легкие микропористые бетоны.

2) По условиям твердения выделяют:

- бетоны естественного твердения,

- бетоны, твердеющие с применением тепловой обработки при температуре 1: > 100 °С (автоклавного твердения);

- бетоны, твердеющие с применением тепловой обработки при температуре I < 100 °С (неавтоклавного твердения);

3) По виду вяжущего выделяют:

- цементные бетоны;

- силикатные бетоны;

- бетоны на смешанных вяжущих.

4) По применению выделяют:

- теплоизоляционные бетоны;

- теплоизоляционно-конструкционные бетоны;

- конструкционные бетоны.

В рамках приведенной классификации поризованный бетон можно определить как легкий макропористый цементный бетон, получаемый поризаци-�