Виды пор в бетоне

Обновлено: 25.01.2025

Что нужно знать о пористости бетона

Если рассмотреть структуру бетона под микроскопом, можно будет рассмотреть мелкие поры, пронизывающие всю его толщу. Пористость бетона — естественное явление, непосредственно влияющее на прочность. Почему важно учитывать это явление, и можно ли уменьшить пористость искусственно?

Откуда берутся поры

Во время застывания и твердения бетона часть воды, находящейся в растворе, испаряется. При этом образуются поры двух типов: капиллярные и седиментационные. Капиллярные поры имеют крошечный размер — около 2,5 нм, а седиментационные несколько больше. Второй тип считается нежелательным, поскольку представляет собой проявление вестма неприятного явления — расслоения бетона — на микроуровне.

Крупные поры могут образовываться на месте воздушных пузырьков, которые образуются в процессе перемешивания или заливки раствора. Их хорошо видно даже невооруженным глазом: диаметр пор колеблется в пределах от 0,1 до 2 мм. Так что если вы смотрите на срез и наблюдаете пористую структуру, то причиной являются именно включения воздуха. Порой отдельные пузыри сливаются вместе, образуя заметные пустоты. Это уже считается серьезным браком.

В чем опасность воздушных пузырьков

Микроскопические поры не слишком опасны для строения, поскольку они практически не влияют на плотность. Но вот сравнительно крупные пустоты уменьшают прочность бетона. Допустимое содержание воздушных пузырьков составляет 2-3%. Но в реальности их количество достигает пяти, а порой и шести процентов.

Расчеты, проведенные специалистами, доказали, что существует зависимость между повышением содержания пузырьков, на месте которых образуются поры, и прочности бетона. Каждый дополнительный процент воздушных полостей снижает прочность на очень серьезную величину: от 5 до 8%! Именно поэтому специалисты проводят предварительные расчеты пористости бетона, зависящей от степени гидратации цемента и водоцементного отношения.

Можно ли уменьшить пористость?

У капиллярных пор есть уникальное свойство: они со временем заполняются гелем и исчезают. Исследования показали, что через 12 месяцев пористость бетона уменьшается вдвое, если брать за точку отсчета 28 дней. А у капиллярной пористости показатели выше: она за тот же срок снижается вчетверо. Таким образом, естественные микроскопические полости исчезают таким же естественным путем. С расслоением бетона помогает бороться соблюдение технологии изготовления и укладки раствора. А для пузырьков придуманы особые методы борьбы.

После заливки бетонного раствора проводится штыкование, позволяющее уменьшить количество крупных воздушных пузырьков. Если вы видели эту операцию, то наверняка запомнили, как на поверхности как будто из ниоткуда появляется риличное количество пузырьков. Более эффективной операцией является виброуплотнение при помощи специальных приспособлений — вибраторов. Оно эффективно удаляет пузырьки, снижает общую пористость и предотвращает потерю прочности.

Иногда поры — это плюс

Пористость не всегда является недостатком. Существует особый класс пористых (ячеистых) бетонов, которые обладают великолепными теплоизолирующими свойствами. С помощью этих материалов производят утепление жилых домов, защищают от перепада температур трубопроводы, оборудование. Некоторые жаропрочные ячеистые бетоны способны выдерживать температуру до 700 градусов Цельсия, поэтому они востребованы в металлургической и химической промышленности.

За счет большого количества пор материал получается более хрупким, что учитывается при разработке проектов. Очень часто стены делают многослойными: качественный плотный бетон несет основную нагрузку, а теплоизоляционный пористый отвечает за сохранение тепла.

Если вы собираетесь строить дом, важно найти надежного поставщика качественного бетона. На нашем сайте вы сможете заказать товарный бетон с доставкой до стройплощадки. Тем, кому нужна профессиональная консультация, мы охотно поможем выбрать подходящую марку.

Пористость и структура пор в плотных бетонах

Считается установленным, что свойства бетонов определяются не только составом и структурой цементирующего вещества, но и его пористостью. При этом физико-технические свойства бетонов зависят от величины общей пористости и ее характера. По данным Кобле и Кингери, различный характер пористости при одинаковой общей пористости может изменить проницаемость и прочность материала от 5 до 10 раз. Весьма важное значение характер пористости оказывает на свойства бетона, связанные с проницаемостью: водо- и газонепроницаемость, тепло-и звукопроводность, а также морозостойкость и др.

В настоящее время в твердеющем цементном камне различают три основных вида пор, отличающихся размером:

- капиллярные (макропоры) размером более 1000 А. Наличие этих пор приводит к наибольшему ухудшению физико-механических свойств бетонов;

- контракционные размером от 50 до 1000А, образующиеся вследствие уменьшения абсолютного объема системы цемент — вода;

- поры геля (микропоры) имеют наименьший размер — 15—50 А. Вода в порах геля адсорбционно связана в гидратных оболочках геля и не переходит в лед при низких температурах (порядка -40°С и ниже).

Следовательно, более правильное суждение о структуре и свойствах бетона можно иметь, зная дифференциальную пористость, т. е. количество капиллярных, контракционных и гелевых пор. Однако изучение такой пористости представляет довольно трудную задачу, связанную с созданием сложной аппаратуры.

За последние годы было предложено несколько методов определения дифференциальной пористости. Наиболее разработанным является метод вдавливания ртути — ртутная порометрия. Пользуясь этим методом, А.С. Беркман и И.Г. Мельникова определяли поры 15—900 мк поромером низкого давления, а поры от 12 до 0,02 мк поромером высокого давления. Этим же методом Ф.М. Иванов и В.Л. Солнцева определяли поры в диапазоне 0,05—80 мк.

Существуют и другие способы определения дифференциальной пористости в материале — измерение аэродинамических сопротивлений различных по размеру фракций при продувании через них газов, продувание воздуха через насыщенные водой материалы и другие косвенные методы (газовая абсорбция, капиллярная конденсация и т.д.).

В лаборатории методов ускорения твердения бетонов НИИЖБ исследование структуры раствора, подвергнутого различным режимам тепловлажностной обработки, проводилось с помощью дилатометрического метода. В исследованиях использовался высокочувствительный дилатометр, разработанный во Всесоюзном научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений И.И. Лифановым.

Дилатометрический метод довольно широко распространен как в России, так и за рубежом. В последнее время к нему повысился интерес со стороны научных работников, занятых в области строительных материалов. Однако недостатком многих работ, проводившихся в этом направлении, явилось изучение деформативных изменений материала при температурах лишь до -25° С в связи с отсутствием соответствующих приборов, работающих при более низких температурах.

Примененный нами дилатометр позволяет исследовать образцы не только при переменной температуре, доходящей до —70° С, но и при переменной влажности. Чувствительность этого прибора такова, что он реагирует на удлинения образцов на величину 2*10в-5 мм.

При помощи дилатометра мы замеряли деформации, возникающие от напряжений, вызванных фазовым переходом воды в лед в разных порах и капиллярах.

Известно, что вода в крупных открытых порах и капиллярах замерзает при температуре около нуля, в то время как в тонких капиллярах она переходит в лед при более низкой температуре. Существует определенная зависимость между температурой замерзания воды и радиусом капилляра, в котором она находится.

Сопоставление дилатометрических кривых различных образцов позволило выявить некоторые различия в микроструктуре материалов одинакового состава, но твердевших в различных условиях.

Исследования проводились на растворных образцах состава 1:2, размером 13х13х30 мм, изготовленных на портландцементе Брянского завода и кварцевом песке. Режимы твердения образцов приведены в табл. 31. На прочность испытывались кубы размером 7,07х7,07х7,07 см, которые изготовлялись из раствора того же состава и твердели в аналогичных условиях. Сразу после тепловой обработки пли соответствующего срока нормального твердения образцы помещались в бюксы, которые парафинировались и хранились в течение 1—2 месяцев до начала испытаний. Затем образцы извлекались из эксикаторов, подвергались в течение 3—5 суток естественному водонасыщению, устанавливались в дилатометр и замораживались от 3 до 8 раз до температуры — 70° С. При каждом цикле замораживания снимались дилатометрические кривые. Замораживание производилось 1 раз в сутки с последующим естественным оттаиванием.

Наряду с исследованиями образцов, насыщенных водой, изучались также образцы в воздушно-сухом состоянии, которое достигалось путем длительного (в течение 1—3 месяцев) хранения их при температуре 20° С и относительной влажности 50—60%. Общая пористость образцов подсчитывалась по величинам удельного и объемного весов материала.

На рис. 76,а приведены дилатометрические кривые образца нормального твердения (1AH). Эти кривые условно можно разделить на ряд участков. Участок AB свидетельствует об уменьшении линейных размеров образца при понижении температуры в соответствии с коэффициентом температурного расширения. При температуре от —2 до —3°С имеется небольшой скачок (участок ВС), возникающий вследствие перехода воды в лед в крупных открытых порах, содержащихся в этом образце в небольшом количестве. При —5° С наблюдается скачок (участок DE), характеризующий замерзание воды в менее крупных порах.

При дальнейшем понижении температуры уменьшение размеров образца происходит в прямой зависимости от охлаждения (участок EF). При охлаждении образца ниже -30° С дилатометрическая кривая несколько изменяет свой наклон (участок F), что, очевидно, связано с переходом воды в лед в мельчайших капиллярах (радиусом порядка нескольких десятков ангстрем).

Дилатометрические кривые образца 3А, подвергнутого пропариванию по режиму 3+4+2 ч при 80° С без формы с 3-ч предварительной выдержкой, приведены на рис. 76, б. При первичном замораживании зафиксирован незначительный скачок при температуре от -2 до -3°С (участок ВС), затем сокращение размеров образца идет по прямой линии (DE) вплоть до температуры -25°С. При этой температуре кривая снова уменьшает свой наклон, что свидетельствует о замерзании воды в более мелких порах. Участок кривой EFG по существу аналогичен участку BCD, однако вследствие отсутствия резкой границы в размерах мелких пор он более растянут по температуре.

Вторичное замораживание дает значительный скачок на кривой при температуре между -7 и -8 ° С, свидетельствующий о нарушении структуры образца при первичном замораживании. При дальнейшем охлаждении дилатометрическая кривая 2 по своему характеру аналогична кривой 1, однако перелом EF выражен резче и смещен так же, как и ВС, в сторону более низких температур.

Дилатометрические кривые образца 4А (рис. 76, в), подвергнутого пропариванию по режиму 3+4+2 ч при 80°С, но в металлической форме и после суточного предварительного выдерживания в значительной мере отличаются от кривых образца ЗА. При замораживании образца 4А наблюдается небольшой скачок (участок ВС) при температуре от -7 до -8 ° С и перелом в направлении кривой при температуре около -30° С (участок Е). Характерным для этого образца является полная воспроизводимость дилатометрических кривых при первом и последующих циклах замораживания и оттаивания, а также постоянство деформаций (участок ВС) как по величине, так и по температурному интервалу. Это свидетельствует о стабильности сложившейся структуры, способной сопротивляться многократным циклам замораживания и оттаивания.

Кривые образца 10A (рис. 76,г), подвергнутого автоклавной обработке, по существу, резко отличаются от всех предыдущих дилатометрических кривых. Несмотря на то что на кривой образца 10А имеется скачок при температуре от -7 до -8° С (участок ВС), наблюдающийся и у рассмотренных ранее кривых, однако в отличие от них при температуре от -25 до -50° С происходит значительное расширение образца.

Такой характер дилатометрической кривой свидетельствует, по-видимому, о существенных изменениях, происходящих в микроструктуре цементного раствора, подвергнутого автоклавной обработке.

Как видно из рис. 76, характер дилатометрических кривых образцов одного и того же состава, изготовленных и подвергнутых последующему замораживанию в одних и тех же условиях, зависит от вида, режима и условий тепловой обработки. Основная особенность этих кривых — наличие скачков и переломов, изменяющихся как по величине, так и по температурному интервалу и характеризующих замерзание воды в порах и капиллярах определенного радиуса. Пикообразные скачки при расширении образцов в узком температурном интервале, очевидно, являются следствием не только перехода воды в лед в соответствующих порах, но также и термического расширения самого материала образца под действием скрытой теплоты, выделяющейся при фазовом превращении воды в лед.

Очевидно, величина скачка, а также степень возврата кривой по отношению к основному направлению дилатометрической кривой могут также явиться качественной и количественной характеристикой пор определенного радиуса и свидетельствовать о деструктивных нарушениях в материале.

Небольшие по размерам образцы 4А и 10A одинакового состава были подвергнуты тепловой обработке в металлических формах, что в значительной мере предотвращало нарушение макроструктуры раствора вследствие протекания, главным образом в период подъема температуры различных деструктивных процессов.

Однако дилатометрические кривые свидетельствуют о резко отличном характере микроструктуры образцов, запаренных при давлении 9 ат, по сравнению с пропаренными и нормально твердевшими, и позволяют сделать вывод о наличии в автоклавных материалах значительного количества микропор или микротрещин.

В.М. Москвин, М.М. Капкин и Б.М. Мазур изучали деформации бетонов при отрицательных температурах, подвергнутых пропариванию, автоклавной обработке и твердевших в нормальных условиях. Они пришли к выводу, что при обычном водонасыщении образцов в течение 2 суток деформации расширения пропаренных бетонов начинают развиваться при -20° С, а бетонов автоклавного твердения — при -10°С. При водонасыщении под вакуумом деформации расширения наблюдались при более высокой температуре и начинали проявляться при -7 и -2° С. Авторы подчеркивают, что при температурах до -55° С в бетонах нормального твердения деформаций расширения вообще не наблюдалось. Авторы отмечают, что характер деформаций образцов, подвергнутых тепловой обработке, свидетельствует о пониженной их морозостойкости.

А.В. Волженский и Ю.С. Буров определяли диаметр пор в образцах по способу, основанному на функциональной зависимости между величиной капиллярного давления и радиусом кривизны поверхности раздела жидкость — газ в капилляре. Они пришли к выводу, что у запаренных образцов диаметр капилляров находится преимущественно в пределах 2,6—2,9 мк и в 2—3 раза больше, чем у образцов нормального твердения. У. Крейс, Э. Оямаа, В. Рейман, исследовавшие влияние величины давления пара при запаривании на величину и характер пор, установили, что образцы автоклавного твердения имеют большие размеры капилляров и микротрещин. Причем объем открытых пор с эквивалентным диаметром свыше 10 мк значительно увеличивается по мере повышения давления пара при запаривании с 9 до 17 ат.

П.П. Ступаченко, изучавший структуру пор образцов автоклавного твердения, пришел к выводу, что суммарная пористость автоклавных цементных растворов выше, чем у подобных по составу образцов, твердевших в обычных влажных условиях. При этом с увеличением давления пара до 13—17 ат пористость уменьшается, а затем значительно увеличивается.

Кроме того, на величину суммарной пористости автоклавных цементных материалов существенное влияние оказывает количество воды затворения.

Изучая дифференциальную пористость, П.П. Ступаченко пришел к выводу, что в растворных образцах автоклавного и нормального твердения максимум пористости лежит в пределах радиусов пор до 700—800 А, т.е. падает напоры геля и мельчайшие капилляры цементирующей массы.

Однако условия автоклавного твердения приводят к появлению второго (хотя и значительно меньшего по величине) максимума пористости в пределах 1—2 мк, т. е. в зоне макропор, доступных для непосредственной фильтрации воды и других жидкостей. При этом абсолютный объем таких пор у автоклавных бетонов выше, чем у бетона, твердевшего длительное время во влажных условиях. Особенно характерен по величине второй максимум у образцов, твердевших при высоком давлении пара.

Абсолютный объем пор и капилляров диаметром 1 мк и более, доступных для фильтрации воды, у автоклавных образцов составляет 29—36% суммарной пористости, в то время как у образцов, твердевших в обычных влажных условиях, он не превышает 20—23%.

В целом характеристики пористости автоклавных образцов показывают некоторое увеличение макропористости по сравнению с образцами, твердевшими 28 суток в обычных влажных условиях.

Таким образом, все приведенные исследования структуры пор цементного камня свидетельствуют о том, что автоклавная обработка вследствие особых условий твердения, фазового состава и структуры новообразований цементирующего вещества приводит к существенному изменению его микроструктуры даже при тех режимах запаривания, при которых макроструктурных нарушений практически не происходит.

Изменение фазового состава цементирующего вещества и его структуры в сторону большей кристаллизации, повышение общей пористости бетона не могут не сказаться на физико-технических свойствах бетонов автоклавного твердения, которые требуют тщательного изучения.

Пористость бетона

Бетон представляет собой сложную многофазную систему, состоящую из цементного камня с равномерно распределенными в нем включениями в виде зерен песка и крупного заполнителя, а также более или менее мелких пор, заполненных водными растворами минеральных веществ и воздухом. Однородным можно назвать такой бетон, в котором его разнородные компоненты и все три фазы —твердая, жидкая и газообразная — распределены равномерно.

Наличие жидкой и газообразной фаз объясняется пористостью бетона; последняя является следствием как самой природы цементного камня, так и принятой технологии изготовления бетона. В отдельных случаях создается искусственная пористость путем введения в бетонную смесь газообразующих и воздухововлекающих добавок, пенистой массы и т. п, В нормально плотных бетонах степень пористости в значительной степени зависит от величины водо-цементного отношения, принятого при затворении бетонной смеси.

По классификации Н. А. Мощанского, в зависимости от происхождения поры и другие неплотности в цементном камне и бетоне можно разделить на следующие виды: поры геля; размер их колеблется в пределах от 25 до 1000 А (0,0025—0,1 мк); поры эти в основном замкнутые; капиллярные поры, образующиеся в результате испарения и миграции влаги. Размер их колеблется в довольно широких пределах— от 0,1 мк и менее (микрокапилляры) до 10—50 мк (макрокапилляры); эти поры в основном открытые и сообщающиеся между собой; открытые трещины и микротрещины температурно-усадочного происхождения. Толщина их может достигать нескольких мм; воздушные поры, образовавшиеся в результате преднамеренного вовлечения воздуха в бетонную смесь при приготовлении ячеистых бетонов, применения воздухововлекающих добавок при приготовлении и укладке бетонной смеси.

Эти поры могут иметь разный размер — от 5—25 мк (воздух вовлечен с добавками) до 0,1-—5 мм (в пенобетоне), воздушные поры в большинстве случаев замкнутые; пустоты и полости, образующиеся под стержнями арматуры, зернами крупного заполнителя и т. п. в результате внутреннего расслаивания и седиментации (осаждения) излишне подвижных и малопластичных бетонных смесей; раковины и каверны как результат плохой укладки.

Открытые поры нарушают структуру бетона и уменьшают его водонепроницаемость, увеличивают водопоглощение, снижают морозостойкость и стойкость против действия химически агрессивных жидкостей. Закрытые поры, наоборот, улучшают эксплуатационные свойства бетона, повышая его долговечность, в частности морозостойкость.

Уменьшить открытую пористость можно путем снижения величины водоцементного отношения и количества воды затворения. Однако приходится считаться с тем, что вода в бетоне является не только химическим реагентом, но и гидросмазкой, обеспечивающей бетонной смеси требуемую подвижность или техническую вязкость.

Избежать некоторого избыточного содержания воды в бетоне против необходимого для полноты реакции цемента с водой невозможно. Следовательно, нельзя полностью освободиться и от капиллярных пор в затвердевшем бетоне. Вместе с тем имеется много средств и приемов для изменения структуры бетона и создания материала, в зависимости от его назначения, с заранее заданными свойствами. На свойства бетона влияют технологические факторы, принятые способы приготовления и формования бетонной смеси, режим твердения бетона. Изменяя исходные материалы, состав, технологические режимы, можно регулировать структуру бетона в нужном направлении.

24 Окт 12 ПОРОВАЯ СТРУКТУРА БЕТОНА

Одной из важнейших характеристик бетона являются параметры его порового пространства. Поровым пространством далее будем называть объем, не заполненный твердой фазой [4.31].

Спектр свойств порового пространства, типичных для некоторых обычно применяемых строительных материалов, приведен на рис. 4.2 [4.14], где удельная поверхность и средний радиус пор указаны в логарифмических осях. Здесь также приведены области постоянной пористости, рассчитанные иэ предположения цилиндрической формы пор [4.14]. Так же, как в случае определения понятия порового пространства, нет однозначности в классификации параметров порового объема. При определении порового пространства обычно чаще всего исходят из следующих трех структурных свойств [4.14]:

Пористости, т. е. части общего объема, которую занимают поры;

Внутренней удельной поверхности пор, т е. площади или доступной поверхности в единице объема или массы данного вещества;

Рис. 4.2. Средний размер пор и удельная поверхность различных материалов

Разделения пор по размерам, т. е. разделения общего обьема пор на поры в пределах определенного диапазона размеров. Если учитыв"гь геометрию реальных пор, то на разделение пор по размеру влияег и форма пор, и способ их взаимосвязи, что учитывается различными коэффициентами в зависимости от примененного метода измерения.

Поровая структура бетона — композита — формируется от момеша затворения водой до затвердевания бетонной смеси. Формирование продолжается в процессе перемешивания и уплотнения свежеприготовленной смеси и заканчивается в течение длительного времени вследствие продолжающихся процессов образования продуктов гидратации во времени [4.17].

Свойства поровой структуры зависят от относительного количества составляющих в единице объема бетонного композита, их свойств, го- могенизации и уплотнения свежеуложенной смеси, а также от условий и продолжительности ухода.

Продукты гидратации не заполняют полностью объем, но характеї i - зуются пористостью 28%, образуемой объемом между отдельными К' галоидными частицами материала. Эта система частиц названа цемента їм гелем, а пространство между частицами — гелевыми порами [3.38,4 .ЗУ, 4.42, 4.49]. Большую часть геля составляют слабокристаллизованные гидросиликаты кальция, поэтому зтот гель называют гидросиликаті їм гелем. Таково представление о структуре затвердевшего цементныо теста — цементного камня, так называемая модель Пауэрса, которая не учитывает другие составляющие цементного камня — негидрат ироваш j зерна цемента, крупные кристаллы гидроксида кальция и различные г >- ры, например воздушные.

СРЕДНИЙ РЛЗМ1 ПОР. М

Гелевые поры имеют весьма малче размеры. Их ширина состави;..т около 1,5 нм. Эти размеры соизмеримы с размерами молекул во, Поэтому пленочная вода и адсорбированная вода отличаются оі свої". .-> свободной воды [4.33].

Уже указывалось, что гель обладает пористостью и что гелевые по і составляют приблизительно 28% общего объема геля. Такая велич. а типична для портландцемента и также независима от В/Ц смеси и степ - и гидратации. Это значит, что на всех стадиях гидратации образуется г? - ь

ОН - 4
с подобными свойствами и при дальнейшей гидратации существующие гидраты не изменяются.

При гидратации цемента образуются и другие категории пор. Вследствие объемных изменений в системе цемент — вода продукты гидратации имеют меньший, чем первоначальный объем вступающих в реакцию составляющих. Это явление было названо химической контракцией [4.33, •4.54, 4.46], оно обусловливает контракционный объем пористости.

С начала гидратации поровая система бетона заполняется образующимися продуктами гидратации цемента. Речь идет прежде всего о пространстве между более или менее гидратированными и негидратированны - ми частицами цемента, зти промежутки называют капиллярными порами. Обычно они заполнены растворами гидратирующихся компонентов цемента, а также воздухом [438, 4.33]. Объем капиллярных пор с ходом гидратации снижается, так как продукты гидратации занимают объем более, чем в 2 раза больший, чем исходный цемент [4.3].

Капиллярная пористость цементного камня вследствие продолжающейся гидратации цемента снижается со временем, так как объем цементного геля с его порами в 2,2 раза больше., чем объем негидратиро - ванного цемента, поэтому продукты гидратации заполняют часть объема, до того заполненного водой затворения (рис. 4.3), [4.3].

Так как общая и капиллярная пористость цементного камня с ростом степени гидратации снижается, гелевая пористость возрастает, потому что объем цементного геля увеличивается (рис. 4.4), [4.3].

Капиллярная пористость зависит от водоцементного отношения, т. е. от начального количества воды в тесте и от степени гидратации [4.33]. При водоцементном отношении более высоком, чем 0,38, образующийся гель продуктов гидратации не заполняет свободный объем в твердеющем цементном тесте, всегда остается определенный объем капиллярных пор и в случае полной гидратации цемента (рис. 4.5), [4.54].

В результате измерений сорбции водяного пара был определен размер капиллярных пор порядка 1,3 мкм. Капиллярные поры, очевидно, вследствие своего происхождения отличаются изменчивым видом и образуют соединенную систему канальчиков. Эти взаимосоединенные капиллярные поры существенно влияют на проницаемость затвердевшего цементного камня и его долговечность [4.33,4.52].

С увеличением степени гидратации увеличивается объем определенной фазы в тесте, а в - твердом цементном камне в определенный момент наступает сужение, а возможно, и взаимное разделение некоторой части капиллярных пор гелем продуктов гидратации. Прекращение взаимного соединения наступает при сочетании исходного В/Ц и достаточно длительного периода влажного хранения. Приблизительные значения В/Ц и времени, при которых начинается разъединение капилляров, видно из следующих данных [4.33,4.40,4.41 ].

Приблизительное время, необходимое для того, чтобы наступило. разделение капиллярных пор при В/Ц:

TOC \o "1-3" \h \z 0,45. . . 7 сут

более 0,7. неизвестно

Рис. 4.3. Изменение капиллярной пористости цементного камня в условиях продолжающейся гидратации цемента А - при а = 0,3; 6 — при а = 0,7; 1 - не до конца гидратированное зерно цемента; 2 - цементный гель; 3 - капиллярные поры

Рис. 4.4. Зависимость общей, капиллярной и голевой пористости цементного камия от степени гидратации цемента

0,2 0,4 0,6 0,8

ОБЪЕМНЫЕ % ВОЗДУШНЫЕ ЮНТРАКЦИОННЫЕ 100

ГЕЛЕВЫЕ ПОРЫ ЧАСТИЦЫ ГЕЛЯ НЕГИДРАТИРОВАННЫЙ ЦЕМЕНТ

КАПИЛЛЯР L. E ЧАСТИЦЫ ГЕЛЯ L ПОРЫ

Рис. 4.S. Виды пор в цементном камне

Значение В/Ц и времени зависят о г характеристик примененного цемента. При В/Ц большем, чем 0,7, капиллярные поры остаются взаимно - соединенными. При особотонкомолотых цементах максимальное В/Ц Было бы несколько большим и равно приблизительно 1, при грубомопо - тых цементах оно было бы меньше 0,7. В так называемом хорошем бетоне не должно быть взаимосоединенных капиллярных пор.

Исследования стадий структуры затвердевшего цементного камня показали, что на традиционное основное разделение пор на гелевые и капиллярные необходимо взглянуть с позиции привлечения прямых методов измерения. Ряд старых моделей, включая деление пор на гелевые и капиллярные, возник без достаточных оснований на основе не прямых, например сорбционных измерений [4.55].

Прямые методы, например растровая электронная микроскопия, показали, что цементный камень является системой, состоящей из первичных частиц продуктов гидратации различного размера и вида, с характерными размерами в пределах от 0,1 до примерно 5 мкм. Составным элементом этой системы являются пустоты (поры размерами до 1 мкм). Кроме того, в некоторых местах гицратированного теста можно видеть игольчатые и пористые ноздреватые области с видимыми пустотами с размерами приблизительно 0,1 мкм [4.55].

Исследования цементного камня при помощи ртутной порометрии показали, что большая часть пор лежит в пределах радиусов от 0,1 до 0,01 мкм [4.55].

Дальнейшие категории пор представлены порами седиментации,» ото - рые можно отнести к дефектам структуры бетона и которые образуются вследствие поверхностного или внутреннего водоотделения. При поверхностном отделении часть воды затворения проникает к поверхности бетона и образует систему ориентированных в большей части взаимосоеди - няющихся каналов. При внутреннем водоотделении эти поры образуют - оседание теста обычно под плоскими зернами крупного заполнителя.

Седиментационные поры могут быть размером от 50 до 100 мкм. В случае образования пор под зернами заполнителя они могут иметь значительно большие размеры, и их можно видеть невооруженным глазом. Было установлено, что, чем тоньше прослойки раствора вокруг зерна крупного заполнителя, тем меньше поверхностное и тем больше внутреннее водоотделение.

Такие седиментационные поры являются главными транспортными путями нроникания воды в бетон, потому что в порах с размерами, большими 50 мкм, вода находится в свободном состоянии, т. е. поверхностные силы захватывают весьма малую часть объема воды, и вода может мигрировать под действием гравитационных сил или при помощи очень малого гидростатического давления. Поэтому седиментационные поры играют решающую роль при фильтрации и оказывают сушественное влияние на долговечность бетона и бетонных конструкций.

Воздушные поры имеют обычно сферическую форму и образуются при случайном или преднамеренном введении воздуха в бетонную смесь. В бетонной смеси всегда содержится определенное количество воздуха, который был первоначально адсорбирован на поверхности зерен цемента и заполнителей и при перемешивании смеси не был удален с этих поверхностей. Это количество случайного воздуха может быть специально повышено применением воздухововлекающих добавок. Размеры воздушных пор могут колсбаїьси or 25 до 500 и более мкм. 0(іі><'м по ідуїп ных пор редко превышает 5% объема бетона.

При случайном воздухововлечении особенно трудно обрабатываемых смесей могут находиться разделенные поры и локальные скопления воздушных нор, следствием чего являются снижение однородности (гол >- генности) и ухудшение некоторых, преимущественно мех-нических, свойств бетона после его затвердевания. Напротив, организованное вол - духововлечение при подходящем размере, количестве и взаимном расстоянии пор благоприятно влияет на морозостойкость бетона.

Аналогичное деление пор в цементном камне по величине и происхо: дению приводит, например [4.54]:

Поры геля. 0,5- 30 им

Капиллярные н контракционные поры. 30 им - 50 мкм

Микровоздушные поры. 0.1 — 1 мм

Поры уплотнения. , . . . 1 мм

Ямбор [4.17] при разделении пор на категории в цементном кам принимает во внимание причины возникновения пор l цемент. го: і кам размер и возможное влияние на качество цементного камня и различает две категории пор:

Наименование Происхождение, описание ^Радиус

Гидратациоиные мик- Характеристики размера Н вида залисит гт <1 мкм ропоры вида и общего объема продуктов гидра

Технологические поры Воздушные норы, разные дефекты и мик - i> 1 мкм ротрешины, которые образуются но разным причинам

Дальше можно делить норы по размеру характеристичного радиуса ;ia микропоры с радиусом меньше 10 мкм и макропоры с большим радиусом [4.10].

Определенное представление о классификации пор по размерам в цементном камне, а также о влиянии отдельных категорий і юр ііа сионс і а цементного камня дает табл. 4.1 [4.27,4.43].

Различие размеров определенных частиц и пор в цементном камне схематически изображено на рис. 4.6 [4.24].

Категориями пор, также представляющими дефекты структуры бетона, являются поры (пустоты)., образовавшиеся вследствие недостаточ о - го перемешивания смеси и уплотнения смеси между зернами к рупії" го заполнителя в так называемых гнездах". Размер таких пустот колеб. . і - ся в пределах от 1 до 30 • 106 нм.

Следующим дефектом структуры бетона являются поры (.пустої і) под нижней поверхностью крупных плоских и продолговатых зерен Т а 1- ня, которые образуются вследствие внутреннего водоотделения В беи н - ной смеси [4.46,4.24], (рис. 4.7).

Вопрос 3 Структура затвердевшего бетона. Виды пор в бетоне

Структура бетона образуется в результате затвердевания бетонной смеси и его превращения в камень.

Структура затвердевшего тяжелого бетона представляет собой цементный камень с размещенными в нем зернами заполнителя, с множеством пор и пустот разных размеров и происхождения.

Поры заполнителя=0

Капиллярная пористость цементного камня, открытые поры капилляры d 10-4 …10-3 мм, имеющие большую протяженность. Возникают из-за избытка воды затворения: при виброуплотнение бетонной смеси избыточная вода отжимается наверх, пробивая в тесте капиллярные ходы7-15%

контактная – возникает при виброуплотнение. Вода которая не смогла отжаться наверх, скапливается под зернами крупного заполнителя и образует поры полости. В результате снижается прочность.

Поры контракционные – поры цементного камня, волосовидные поры, трещины d 10-6 …10-5 мм, результат контракции цемента при твердении (уменьшении вяжущего)1,5-2,5%

Уменьшении контракции-добавление мелкого заполнителя (песок). Можно полностью избавиться от конт. Если использовать безусадочные и расширяющие цементы.

Пористость вовлеченного воздуха – это сферические поры в цементном камне d 10-3 …10-1 мм. Воздух вовлечен в б.с. при перемешивании при виброуплотнение частично удаляются 2- 6%

Чтобы уменьшить П в.в. производят виброуплотнение с вакуумированием. Чтобы увеличить П в.в. в состав б.с. вводят воздухововлекающие добавки СНВ (смола нейтрализованная воздухововлекающая).

Билет 9

Вопрос 1 Понятия твердости, истираемости, износа строительных материалов. Методы экспериментального определения этих показателей.

Твердость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. Для определения твердости материалов в зависимости от их вида и назначения существует ряд методов.

Твердость каменных материалов однородного строения определяют по шкале Мооса, которая составлена из 10 минералов с условным показателем твердости от 1 до 10 (самый мягкий тальк— 1, самый твердый алмаз— 10). Показатель твердости испытуемого материала находится между показателями твердости двух соседних минералов, из которых один царапает испытываемый материал, а другой оставляет черту на образце материала.

Истираемость — способность материалов разрушаться под действием истирающих усилий. Истираемость И в г/см 2 вычисляется как отношение потери массы образцом m₁-m₂ в г от воздействия истирающих усилий к площади истирания F в см 2 ;

Определяется путем испытания образцов на круге истирания или в полочном барабане. Эта характеристика учитывается при назначении материалов для пола, лестничных ступеней и площадок, дорог.

Износ — свойство материала сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов. Износ материала зависит от его структуры, состава, твердости, прочности, истираемости.

Износ определяют на пробах материалов, которые испытывают во вращающемся барабане со стальными шарами или без них. Чем больше потеря массы пробы испытанного материала (в процентах к первоначальной массе пробы), тем меньше его сопротивление износу.

Виды пор в бетоне

Методы определения показателей пористости

Concretes. Methods of determination of porosity parameters

Дата введения 1980-01-01

1. РАЗРАБОТАН Государственным комитетом СССР по делам строительства, Министерством промышленности строительных материалов СССР, Министерством энергетики и электрификации СССР

ВНЕСЕН Государственным комитетом СССР по делам строительства

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 22.12.78 N 242

3. ВЗАМЕН ГОСТ 12730-67 в части определения пористости

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

Номер пункта, приложения

1-3, 5, приложение

1, 2, 4, приложение

5. ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июнь 2007 г.

1. Настоящий стандарт распространяется на бетоны всех видов и устанавливает методы определения показателей пористости по результатам определения их плотности, водопоглощения и сорбционной влажности по ГОСТ 12730.1, ГОСТ 12730.3 и ГОСТ 12852.6.

2. Для определения объема открытых некапиллярных пор бетона (объема межзерновых пустот) образцы насыщают в воде в течение 24 ч по ГОСТ 12730.3, затем выдерживают 10 мин на решетке, после чего определяют их объем в объемомере по ГОСТ 12730.1 (без предварительного высушивания и парафинирования).

3. Полный объем пор бетона серии образцов в процентах определяют с погрешностью до 0,1% по формуле

где - плотность измельченного в порошок бетона, определенная при помощи пикнометра или прибора Ле-Шателье по методике ГОСТ 8269.0, кг/м;

- плотность сухого бетона в серии образцов, определенная по ГОСТ 12730.1, кг/м.

4. Объем открытых капиллярных пор бетона в серии образцов в процентах определяют по формуле

где - объемное водопоглощение бетона в серии образцов, определенное по ГОСТ 12730.3, %.

5. Объем открытых некапиллярных пор бетона в отдельных образцах (объем межзерновых пустот) в процентах по объему определяют по формуле

где - объем образца, определенный по ГОСТ 12730.1, см;

- объем образца, определенный по п.2 настоящего стандарта, см.

Объем открытых некапиллярных пор бетона в серии образцов определяют как среднее арифметическое значение результатов испытаний всех образцов в серии.

6. Объем условно-закрытых пор бетона в серии образцов в процентах определяют по формуле

7. Показатель микропористости бетона в серии образцов определяют по формуле

где - сорбционная влажность бетона в серии образцов при относительной влажности воздуха 95-100%, определенная по методике ГОСТ 12852.6, % по объему.

8. Показатели среднего размера пор и однородности размеров пор в бетоне следует определять по кинетике их водопоглощения по приложению.

ПРИЛОЖЕНИЕ
Рекомендуемое

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОРИСТОСТИ БЕТОНОВ ПО КИНЕТИКЕ ИХ ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ

1. Кинетика водопоглощения бетона характеризуется приращением его массы во времени.

2. Кривые водопоглощения выражаются уравнением

где - водопоглощение образца за время , % по массе;

- водопоглощение образца, определенное по ГОСТ 12730.3, % по массе;

- основание натурального логарифма, равное 2,718;

- время водопоглощения, ч;

- показатель среднего размера открытых капиллярных пор, равный пределу отношений ускорения процесса водопоглощения к его скорости, определяемый по номограммам, приведенным на черт.1-4;

- показатель однородности размеров открытых капиллярных пор, определяемый по номограммам, приведенным на черт. 1 и 2.

Номограмма и пример расчета параметров пористости по кинетике насыщения материала жидкостью (непрерывный метод)

Номограмма и пример расчета параметров пористости по кинетике насыщения материала жидкостью (дискретный метод)

; ;

* Формула соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Номограмма и пример определения значения показателя (при )

3. Кинетику водопоглощения определяют путем непрерывного или дискретного взвешивания предварительно высушенных образцов в процессе их водопоглощения по методике ГОСТ 12730.3.

4. При непрерывном гидростатическом взвешивании строят кривую приращения массы во времени в координатах: водопоглощение (в процентах по массе) - время (в часах). Кроме того, в конце испытаний производят гидростатическое и обычное взвешивание насыщенного водой образца для определения его объема по методике ГОСТ 12730.1.

По результатам испытаний на кривой водопоглощения находят точки, в которых водопоглощение составляет и и соответствующие этим точкам время и . По величинам и с помощью номограммы (черт.1) находят параметры поровой структуры и .

Пример пользования номограммой показан на черт.1.

5. При дискретном способе взвешивание производят через 0,25 и 1,0 ч после погружения высушенного образца в воду, а затем через каждые 24 ч до постоянной массы. Постоянной массой считают массу образца, при которой результаты двух последовательных взвешиваний отличаются не более чем на 0,1%. В конце испытаний производят гидростатическое взвешивание образца. По результатам испытаний рассчитывают относительное водопоглощение по массе в моменты времени 0,25 и 1 ч. По этим величинам с помощью номограмм (черт.2) определяют вспомогательный параметр и параметр , по которым рассчитывают или получают по номограммам (черт.3 и 4) параметр . Пример пользования номограммой показан на черт.3.

6. Параметры пористости и серии образцов бетона определяют как среднее арифметическое значение результатов испытаний всех образцов серии.

7. Базовыми образцами при определении параметров пористости по кинетике водопоглощения являются куб с ребром 7 см или цилиндр диаметром и высотой 7 см.

Допускается определять кинетику водопоглощения на образцах-кубах, образцах-цилиндрах с высотой, равной его диаметру, а также на образцах неправильной формы, но близкой к кубу, шару или цилиндру. При этом необходимо экспериментально определять переходные коэффициенты к базовым образцам для параметров и .

Определение пористости бетона

Основная причина возникновения пор в бетоне – это вода, но не спешите сразу же делать вывод, что воду в растворе следует уменьшать. Совершенно нет. Давайте кратко разберем, почему вода необходима.

Опасно большое количество пор и с точки зрения потери несущей способности конструкции, ведь на сжимающее напряжение реагирует не воздух внутри пор, а сам бетон. Поэтому справедливо будет отметить прямую зависимость между увеличением числа пор и уменьшением разрушающей нагрузки на бетон. А потеря бетоном его прочностных характеристик опасна ранним частичным или полным разрушениемконструкции.

Также стабилизации и уменьшению объема пор будет способствовать цемент с более мелким помолом. В этом случае повышается его гидратация, а значит, он вытянет на себя из конструкции больше воды, в этом случае поры будут более «качественными», если так можно выразиться.

Также будет способствовать уменьшению количества пор правильный уход за бетоном: на период твердения необходимо минимизировать испарения влаги и поддерживать стандартные условия по температуре и влажности.

Читайте также: