Объемная масса бетона и факторы, ее определяющие.

Объемная масса бетона в сухом состоянии определяется объемной массой зерен заполнителей и описывается следующим уравнением:

(10)

где - объемная масса зерен крупного заполнителя (щебня или гравия); - объемная концентрация крупного заполнителя в единице объема бетона; - объемная масса растворной части бетона в сухом состояние; - структурная плотность свежеуложенной и уплотненной бетонной смеси, определяемая по уравнению:

(11)

где Ц, П, Щ, В - расходы цемента, песка, щебня и воды, кг на 1 уплотненной бетонной смеси; и - плотность соответственно цемента и воды; - объемная масса зерен мелкого заполнителя (песка).

Очевидно, что при плотной укладке бетонных смесей, т. е. когда в них отсутствует воздух, структурная плотность равна единице.

Объемная масса растворной части бетона в сухом состоянии описывается уравнением:

(12)

где и , - расход соответственно цемента и воды, кг на 1 уплотненной растворной смеси; 0,23-масса воды, химически связываемой 1 г цемента; -степень гидратации цемента.

Из уравнения (10) следует, что если объемная масса зерен крупного заполнителя больше о6ъемной массы растворной части бетона , то объемная масса бетона в сухом состоянии тем выше, чем больше объемная масса зёрен крупного заполнителя и его объемная концентрация .

На объемную массу бетона вид цемента не оказывает существенного влияния, так как плотность у цементов различных видов примерно одинакова, а расход цемента на 1 бетона колеблется в ограниченных пределах.

Если объемная масса растворной части бетона больше объемной массы зерен крупного залолнителя , то объемная масса бетона тем больше; чем меньше объемная концентрация щебня или гравия в единице объема бетона и чем меньше объемная масса их зерен .

При всех прочих равных условиях объемная масса бетона в сухом состоянии тем ниже, чем меньше структурная плотность уплотненной бетонной смеси и чем меньше объемная масса зерен мелкого заполнителя .

Как следует цз формулы (12), при всех прочих равных условиях, объемная масса бетона в сухом состоянии возрастает с увеличением степени гидратации цемента . Объемная масса влажного бетона повышается с увеличением его влажности W по уравнению:

Конструкционно-теплоизоляционные бетоны с пониженной объемной массой изготовляют с применением пористого крупного заполнителя, например керамзитового гравия пли щебня, но в качестве мелкого заполнителя обычно используют кварцевые пески.

Пористость бетона.

Бетон - капиллярно-пористый материал, поры в котором являются неотъемлемой (неизбежной) составляющей его структуры, и наличие их обусловлено тем, что только часть воды затворения вступает в химическое взаимодействие с цементом. (См. рис.12)

Свободная (химически несвязанная) вода образует в бетоне в начальный период формирования его структуры систему взаимосвязанных капилляров, которые на более поздней стадии твердения бетона разобщаются продуктами гидратации цемента.

Дополнительная пористость в бетоне образуется вследствие воздухововлечения, а также деструкции при формировании начальной структуры, обусловливающей нарушение сплошности, чаще всего по границе раздела «цементный камень - зерна заполнителей».

Физико-механические свойства бетона существенно зависят от его общей , интегральной и дифференциальной пористости.

Общая пористость бетона на плотных заполнителях, как отношение объема пор к объему материала (бетона), описывается уравнением:

(13)

Здесь В и Ц – расходы соответственно воды и цемента, кг на уплотненной бетонной смеси; - степень гидратации цемента; степень уплотнения бетонной смеси при укладке (структурная плотность).

Первое слагаемое в числителе дроби соответствует объему пор в цементном камне, а второе - объему пор, образующихся при недоуплотнении бетонной смеси, т.е. когда

Из формулы (13) следует, что общая пористость бетона тем выше, чем больше расход воды на 1 бетона, т. е, чем выше водопотребность бетонной смеси и чем меньше .

Общая пористость бетона уменьшается во времени с увеличением степени гидратации цемента и тем интенсивнее, чем больше расход цемента на 1 бетона.

Все факторы, способствующие увеличению степени гидратации цемента, например, такие, как повышенная тонкость помола цемента, благоприятные температурно-влажностные условии в начальный период твердения цемента, правильный уход за свежеуложенным бетоном, исключающий возможность испарения из него влаги в окружающую среду, и др., способствуют уменьшению конечной пористости, т.е. повышению плотности бетона.

Интегральная пористость бетона , равная отношению объема пор, сообщающихся между собой и с окружающей средой, к объему бетона, меньше общей пористости на величину условно-замкнутой пористости , т.е. .

Однако если пренебречь замкнутыми порами в заполнителях [эти поры не учитываются в уравнении (13), описывающем общую пористость бетона], то все поры в бетоне сообщаются друг с другом, так как разобщающие их продукты гидратации цемента сама проницаемы для жидкостей и содержат микропоры (поры геля).

Интегральная пористость бетона в условиях продолжающейся гидратации цемента уменьшается во времени.

В начальный период формирования структуры бетона вода затворения образует систему взаимосвязанных пор, беспорядочно расположенных по всему объему бетона, при этом . С течением времени в условиях продолжающейся гидратации цемента уменьшаются как общая, так и интегральная пористость бетона, однако при принятом способе определения интегральной пористости через водопоглощение интегральная пористость уменьшается более интенсивно.

Рис. 12 характеризует замещение капиллярных пор продуктами гидратации, порами геля и контракционными порами в процессе твердения бетона при уменьшении общей пористости. Изменение в качественном составе пористости оказывает решающее влияние на морозостойкость бетона.

Отмечаемый экспериментально подобный характер изменения интегральной пористости бетона с течением времени обусловливается тем, что при достижении определенной степени гидратации цемента узкие «горла» в местах соединения отдельных пор заполняются продуктами гидратации цемента и образующиеся при этом обособленные поры и капилляры сообщаются друг с другом только через поры, расположенные между твердыми продуктами гидратации цемента, т. е. через поры геля.

Дифференциальная пористость бетона характеризуется кривой распределения пор по радиусам, т. е. (r), описывающей зависимость между производной , численно равной тангенсу угла наклона касательной к интегральной кривой, и радиусом пор.

Площадь под дифференциальной кривой распределения пор по радиусам равна суммарному объему всех пор в единице объема бетона, т. е. его интегральной пористости. На рис. 35 приведены дифференциальные кривые распределения пор по их радиусам для одного и того же бетона в различные сроки твердения. Как видно, с увеличением возраста бетона в условиях продолжающейся гидратации цемента экстремум на кривых смещается в сторону меньших радиусов и средний радиус капилляров уменьшается.