6) Водонепроницаемость бетона
С уменьшением объема капиллярных макропор снижается водонепроницаемость и одновременно повышается морозостойкость бетона. Для уменьшения водонепроницаемости в бетон при его изготовлении вводят уплотняющие (алюминат натрия) и гидрофобизующие добавки. Нефтепродукты (бензин, керосин и др.) имеют меньшее, чем у воды, поверхностное натяжение, поэтому они легче проникают через обычный бетон. Для снижения фильтрации нефтепродуктов в бетонную смесь можно вводить специальные добавки (хлорное железо и др.). Проницаемость бетона по отношению к воде и нефтепродуктам резко уменьшается, если вместо обычного портландцемента применяют расширяющийся.
7) Теплофизические свойства бетона
Теплопроводность - наиболее важная теплофизическая характеристика бетона, в особенности применяемого в ограждающих конструкциях зданий. Теплопроводность тяжелого бетона в воздушно-сухом состоянии 1,2 Вт/(м.°С), т.е. она в 2-4 раза больше, чем у легких бетонов (на пористых заполнителях и ячеистых). Высокая теплопроводность является недостатком тяжелого бетона. Панели наружных стен из тяжелого бетона изготавливают с внутренним слоем утеплителя. Теплоемкость тяжелого бетона изменяется в узких пределах -0,75-0,92 Вт/(м.С°). Линейный коэффициент температурного расширения бетона составляет около 0,00001 °С, следовательно, при увеличении температуры на 50 °С расширение достигает примерно 0,5 мм/м. Во избежание растрескивания сооружений большой, протяженности разрезают температурно-усадочными швами. Крупный заполнитель и раствор, составляющие бетон, имеют различный коэффициент температурного расширения и будут по разному деформироваться при изменении температуры. Большие колебания температуры (более 80°С) смогут вызвать внутреннее растрескивание бетона вследствие различного теплового расширения крупного заполнителя и раствора. Характерные трещины распространяются по поверхности заполнителя, некоторые из них образуются в растворе, а иногда и в слабых зернах заполнителя. Внутреннее растрескивание можно предотвратить, если позаботиться о подборе составляющих бетона с близкими коэффициентами температурного расширения.
2. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
Реология бетонных смесей, как и других структурированных материалов, связана с их структурой, изменяющейся в процессе твердения. В этой связи оценка реологических свойств смесей необходима в технологическом процессе производства строительных конструкций, особенно в процессе структурообразования. Рассмотрим факторы, влияющие на реологические характеристики бетонных смесей. Разными авторами приводятся много факторов, которые по их мнению влияют на реологию бетонных смесей. Среди них можно выделить концентрацию, гранулометрию и форму частиц заполнителя; характер динамического воздействия на смесь; режим движения частиц, степень проявления тиксотропных свойств; фактор времени и другие параметры. Существует классификация факторов, влияющих на удобоукладываемость бетонной смеси, в соответствии с которой эти факторы делятся на внутренние и внешние. К внутренним относятся: текучесть цементного теста; тип заполнителя и отношение объема цементного теста к объему заполнителя. Текучесть цементного теста определяется В/Ц, типом цемента (в частности, его удельной поверхностью, содержанием С3А, содержанием гипса, содержанием щелочей), наличием добавок. Тип заполнителя определяется максимальным размером, зерновым составом, содержанием мелких частиц (<300 мкм), пористостью. К внешним факторам относятся условия перемешивания, температура смеси и время выдержки от момента затворения (зависит от наличия ускоряющих или замедляющих добавок). Некоторые исследователи считают, что химический и минералогический состав цемента мало влияет на реологические свойства цементного теста; исключение составляет цемент с регулируемыми сроками схватывания, который при прочих равных условиях образует цементное тесто повышенной вязкости. Отмечается, что при увеличении В/Ц вязкость цементного теста падает; такое же влияние оказывает более грубый помол цемента и перемешивание цементного теста во время
Рассмотрим реологические характеристики, которыми предлагается характеризовать бетонную смесь. К ним относятся: когезия (во многом определяется когезией цементного теста), вязкость (в частности, при приложении вибрационных воздействий) и внутреннее трение. Величина когезии в основном определяется количеством воды. Внутреннее трение зависит от количества и геометрии заполнителей. Таким образом, реологическое поведение бетонных смесей определяется тремя фундаментальными параметрами: когезией, трением и вязкостью. Указанные величины зависят от сил, действующих в бетонной смеси. Это силы трения, капиллярные силы, силы коагуляционного структурообразования и коллоидного взаимодействия. Относительная значимость этих сил определяется размерами зерен и расстоянием между ними. Указанные силы изменяются во времени по мере того, как частицы цемента реагируют с водой.Проведенный анализ показал, что для улучшения удобоукладываемости бетонной смеси необходимо уменьшать когезию, вязкость и трение в смеси. Однако чрезмерное уменьшение этих величин приводит к водоотделению и сегрегации в смеси, что влечет за собой резкое ухудшение эксплуатационных свойств бетона. Указанные недостатки могут быть частично устранены путем введения в смесь добавочного количества цемента. Однако, это может явиться причиной появления трещин в бетоне за счет повышенного тепловыделения. При построении реологических моделей бетонной смеси как многофазной структурированной системы, следует исходить из возможности ее представления в виде:
1.Дискретной системы физических материальных точек. Обычно в роли таких точек выступают частицы крупного заполнителя. Материальные точки могут быть свободными или связанными между собой силами. Если бетонная смесь представлена системой свободных материальных точек, то ее влияние на движение уплотняющих устройств учитывается в виде сил инерции точки, а также массовых сил веса. В случае представления бетонной смеси, связанной системой точек, к указанным выше силам добавляются упругие, вязкие и силы трения. Упругие силы описываются линейной непрерывной функцией от смещения точки, а также разрывной с конечным скачком, допускающей представление комбинацией функций Хевисайда. Вязкая сила содержит составляющую, определяемую предельным напряжением сдвига, и составляющую, зависящую от скорости, а также от смещения. Составляющая силы вязкого трения, зависящая от скорости и смещения, описывается линейной, квадратичной функцией скорости, а также разрывными функциями с бесконечным скачком типа функций Дирака. Природа вязких сил определяется возможностью смещения группы частиц, окружающих данную, как целого по отношению к соседним группам. Природа сил трения (сухого) определяется возможностью смещения данной частицы по отношению к соседним, то есть обычным скольжением частицы. Силу сухого трения можно описать функцией от нормальной силы. Если эту функцию разложить в ряд Маклорена по нормальной силе, то первое слагаемое будет представлять силу сцепления, которую в первом приближении можно представить капиллярными силами. Последнее существенно, так как это позволяет учесть влияние размера частиц заполнителя. Описанное равносильно представлению дискретной системы динамическими моделями реологических тел Гука, Ньютона, Кельвина, Сен-Венана, Шведова, Максвелла. Движение бетонной смеси будет описываться системой конечного числа дифференциальных уравнений второго порядка.
2.Непрерывной среды. Все деформационные процессы, происходящие в таких средах, описываются известными уравнениями механики сплошной среды, полученными из второго закона Ньютона, примененного к бесконечно малому элементу среды. Однако число неизвестных, входящих в них, более числа уравнений. Поэтому приходится отыскивать дополнительные условия, обеспечивающие их замыкание. Эти условия получили название реологических уравнений. Условия замыкания могут быть получены из эксперимента. Так появились экспериментальные кривые зависимости напряжения от скорости однородного сдвига (реологические кривые), а может быть и времени. Реологические уравнения по отношению к неизвестным напряжениям и деформациям, а также их производным являются нелинейными. Последние можно линеаризовать, получив обобщенные линейные относительно напряжений, деформаций и их производных реологические уравнения. Аналогично можно учесть и нелинейные эффекты, сохранив неизменными по форме реологические уравнения, если при этом соответствующие коэффициенты считать функциями от принятых переменных.
3. РОЛЬ ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК В БЕТОННОЙ СМЕСИ
Применение химических добавок является одним из эффективных способов регулирования реологических и физико-механических свойств бетона. Исторически устоялось разделение компонентов бетона на основную и дополнительные категории. При этом огромный по объему использования и функциональной значимости класс материалов регуляторов технологических процессов, составов и свойств бетонных смесей и бетонов как бы традиционно выделяется в дополнительную категорию, называемую добавками.