Вся бібліотека >>>

Зміст книги >>>

 

Книги по будівництву

 Властивості бетону


Побут. Господарство. Будівництво. Техніка

 

РОЗДІЛ 1. Портландцемент

 

 

Теплота гідратації цементу

 

Як і безліч хімічних реакцій, реакція гідратації клінкерних мінералів має екзотермічний характер, при цьому цемент виділяє до 120 кал/р. Так як теплопровідність бетону порівняно низька, то всередині масивних бетонних конструкцій гідратація призводить до значного підйому температури. У той же час зовнішня частина бетонного масиву втрачає деякий кількість тепла, так що встановлюється різкий градієнт температури, що при подальшому охолодженні внутрішньої частини може призвести до утворення тріщин.

З іншого боку, тепловиділення при гідратації цементу може перешкоджати замерзання води в капілярах свіжоукладеного бетону в холодну погоду, тому високе тепловиділення в даному випадку є позитивним фактором. Зрозуміло, що бажано знати величину тепловиділення різних цементів, щоб вибрати найбільш підходящий вид цементу для кожного конкретного випадку.

Тепловиділенням називають кількість тепла в калоріях на грам негидратированного цементу, що виділяється при його повній гідратації при певної температури. Найбільш поширений спосіб визначення тепловиділення полягає у вимірюванні теплоти розчинення негидратированного і гідратованого цементу в суміші азотної і фтористоводородной кислот: різниця між цими двома величинами являє тепловиділення гідратації. Цей метод описаний у BS 1370:1947 і аналогічний методу стандарту ASTM З 186-55. Незважаючи на те, що особливих труднощів ці випробування не уявляють, необхідно запобігти карбонізацію негидратированного цементу, так як поглинання 1% СОг призводить до явного зниження тепловиділення на 5,8 кал/р від загального тепловиділення 60-100 кал/р.

Строго кажучи, сумарне тепловиділення складається з тепловиділення хімічної реакції і тепловиділення в результаті сорбції води поверхнею гелю, утвореного в процесі гідратації. Теплота сорбції становить четверту частину загального тепловиділення.

Для практичних цілей необхідно знати не загальне тепловиділення, а швидкість тепловиділення, яку можна легко виміряти з допомогою адіабатичного калориметра.



Результати досліджень Богга показали, що звичайні портландцементи виділяють близько половини загальної кількості теплоти за 1-3 доби, близько 3/4 - за 7 діб та 83-91% за 6 місяців. Тепловиділення залежить від хімічного складу цементу і являє собою суму теплот гідратації всіх складових цементу. З цього випливає, що якщо відомий склад цементу, його тепловиділення може бути визначено з високим ступенем точності.

Нижче наведені типові значення теплоти гідратації чистих клінкерних мінералів. Слід зазначити, що між тепловиділенням і терпкими властивості кожного клінкерного мінералу залежності немає.

Вудс, Стейнор і Старк провели випробування ряду заводських цементів, і, використовуючи метод найменших квадратів, розрахували участь тепловиділення кожного окремого клінкерного мінералу. Вони отримали рівняння такого типу: тепловиділення 1 р цементу одно-136(C3S) + +62 (C2S) +200 (С3А) +30 (C4AF).

Так як в ранньому віці гідратація окремих складових протікає з різною швидкістю, то швидкість тепловиділення, так як і загальна кількість тепла, залежить від складу цементу. З цього слід, що зниженням процентного вмісту найбільш швидко гидрати-рующихся компонентів (С3А і C3S) швидкість тепловиділення бетону в ранньому віці може бути знижена. Тонкість помелу цементу також впливає на швидкість тепловиділення при гідратації: збільшення тонкості помелу прискорює реакції гідратації і виділення тепла, проте загальна кількість виділеного тепла не залежить від тонкості помелу цементу.

Вплив С3А і C3S на тепловиділення можна бачити на рис. 1.9 та 1.10. Для багатьох областей застосування бетонів помірне тепловиділення є позитивним фактором і виробництво відповідних цементів було організовано. Один з таких цементів - портландцемент з помірною екзотермії - докладно розглядається в наступному розділі.

Витрата цементу в суміші також буде впливати на загальне кількість тепла, що виділяється - це може бути використано для регулювання тепловиділення.

Вплив інших основних клінкерних мінералів на зростання міцності цементу недостатньо повно вивчено. СзА сприяє зростанню міцності цементного каменю у віці 1-3 доби, але має протилежний вплив у пізньому віці, особливо в цементах з високим вмістом С3А або (C3A+C4AF).

Вплив C4AF на зростання міцності цементу також має спірний характер, хоча цей вплив є незначним. Ймовірно, колоїдне гідратована з'єднання CaO-Fe2O3 осідає на цементних зернах, що уповільнює процес гідратації інших клінкерних мінералів.

Знаючи вплив кожного клінкерного мінералу на міцність цементу, можна передбачити міцність цементу на основі його мінералогічного складу.

Практично була вивчена тільки роль силікатів. Вплив утримання C3S на міцність можна бачити з рис. 1.13, на якому наводиться міцність стандартного розчину, приготованого на цементах різного складу на різних заводах.

Оцінка впливу інших, несиликатных, клінкерних мінералів на міцність вельми скрутна. Відповідно, можливі невідповідності пояснюються присутністю скла в клінкері. Іншими словами, спостережувані відхилення пояснюються статистичною природою явищ, в яких ми ігноруємо вплив деяких змінних. До того ж є деякі ознаки, що адитивність не може бути тут достатньо повною.

Пауерс виявив, що деякі продукти утворюються на всіх стадіях гідратації цементного каменю; це випливає з того, що для даного цементу поверхню гідратованого цементу пропорційна кількості зв'язаної води незалежно від В/Ц і віку. Таким чином, ступеня гідратації кожного компонента в даному цементі однакові - це досить несподіваний висновок, який відрізняється від описаних раніше результатів випробувань по визначенню ступеня гідратації різних клінкерних мінералів.

Якщо природа продуктів гідратації однакова в будь-якому віці, то тепловиділення на одиницю ваги гідратованого речовини повинно бути постійним в будь-якому віці (рис. 1.14). Це положення виявлено Фербеком і Фостером. Хоча гіпотеза про рівні часткових швидкостях гідратації ще суперечлива, в даний час вважають, що в межах лімітованого діапазону складів звичайного і быстротверде-ного портландцементів ця гіпотеза в основному може бути використана. Проте поведінка інших цементів з більш високим вмістом C2S, ніж звичайні або швидкотверднучі цементи, не відповідає цій гіпотезі. Експериментальне визначення теплоти гідратації показує, що C3S гідратіруется раніше, а деяка кількість C2S починає гидратироваться пізніше.

Початковий каркас цементного каменю, що виник під час схоплювання, впливає в значній мірі на подальшу структуру продуктів гідратації, особливо на тріщиностійкість та інтенсивність росту міцності. Отже, не дивно, що існує певна залежність між ступенем гідратації і міцністю. На рис. 1.15 показана емпірична залежність між міцністю бетону при стисненні і змістом зв'язаної води в цементному камені при В/Ц = 0,25. Ці дані узгоджуються з спостереженнями Пауерса за ставленням гель: простір, згідно з яким підвищення міцності цементного каменю є функція збільшення відносного обсягу гелю незалежно від віку, В/Ц або мінералогічного складу цементу. Однак загальна величина поверхні твердої фази пов'язана з мінералогічним складом цементу, який впливає на фактичну величину кінцевої міцності.

Вплив другорядних складових на міцність цементного каменю поки недостатньо досліджено, так як вважали, що ці складові не мають важливого значення для міцності бетону. Припускають, що Кмо заміщує одну молекулу СаО в C2S з відповідним підвищенням утримання C3S проти розрахункового.

Останні дані з вивчення впливу лугів на міцність показали, що зростання міцності у віці 28 діб залежить від змісту лугів: чим більше лугів міститься в цементі, тим менше приріст міцності. Даних про вплив лугів на інтенсивність росту міцності цементу у віці до 28 доби немає.

Відомо, що луги взаємодіють з так званими реакционноспособными заповнювачами; в цих умовах обмежують вміст лугів у цементі до 0,6% (у розрахунку на Na2O). Такі цементи іноді називають низкощелочными цементами.

Можна бачити, що лугу - важливий компонент цементу, однак дані про їх ролі недостатньо повні.

    

 «Властивості бетону» Наступна сторінка >>>

 

Дивіться також:

 

Як приготувати бетон і будівельні розчини

Вихідні матеріали 1.1. Мінеральні в'яжучі речовини 1.2. Заповнювачі 1.3. Вода 1.4. Визначення необхідної кількості матеріалів Будівельні розчини 2.1. Властивості будівельних розчинів 2.2. Види будівельних розчинів 2.3. Приготування будівельних розчинів 2.4. Склади Бетони 3.1. Види бетону 3.2. Властивості бетону 3.3. Приготування бетонного розчину 3.4. Склади 3.5. Шлакобетон 3.6. Опілкобетон

 

Високоміцний бетон

Глава I. ОСОБЛИВОСТІ ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ ВИСОКОМІЦНИХ БЕТОНІВ

1. МАТЕРІАЛИ, ВИКОРИСТОВУВАНІ ДЛЯ ПРИГОТУВАННЯ БЕТОНУ

2. ВПЛИВ ЯКОСТІ ТА ДОЗУВАННЯ СКЛАДОВИХ НА ВЛАСТИВОСТІ БЕТОНУ ТА БЕТОННОЇ СУМІШІ

3. ПІДБІР СКЛАДУ ТА КОНТРОЛЬ ЯКОСТІ ВИСОКОМІЦНОГО БЕТОНУ

4. ОТРИМАННЯ ВИСОКОМІЦНОГО БЕТОНУ В ВИРОБНИЧИХ УМОВАХ

Глава 2. ВПЛИВ ЗМІНИ СТРУКТУРИ ЗАТВЕРДІЛОГО БЕТОНУ НА ЙОГО МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПІД ДІЄЮ ЗОВНІШНІХ ФАКТОРІВ

1. МІЦНІСТЬ ТА ДЕФОРМАЦІЇ БЕТОНУ

2. ДІАГРАМА СТАНІВ БЕТОНУ І ПАРАМЕТРИЧНІ ТОЧКИ

3. ВПЛИВ ПАРАМЕТРІВ RT НА ЗАКОНОМІРНОСТІ ДЕФОРМУВАННЯ І МІЦНІСТЬ БЕТОНУ

4. ЗАКОНОМІРНОСТІ ДЕФОРМУВАННЯ І РУЙНУВАННЯ СТРУКТУРИ БЕТОНУ ПРИ СКЛАДНИХ НАПРУЖЕНИХ СТАНАХ

Г л а в a III. МІЦНІСНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНУ ПРИ КОРОТКОЧАСНОМУ СТАТИЧНОМУ НАВАНТАЖЕННІ

2. МІЦНІСТЬ ПРИ ОСЬОВОМУ РОЗТЯГУВАННІ

3. МІЦНІСТЬ НА РОЗТЯГ ПРИ ВИГИНІ І РОЗКОЛЮВАННІ

4. НОРМАТИВНІ І РОЗРАХУНКОВІ ОПОРУ ВИСОКОМІЦНИХ БЕТОНІВ

Глава IV. МІЦНІСНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНУ ПРИ БАГАТОРАЗОВОМУ ТА ТРИВАЛОМУ НАВАНТАЖЕННІ

2. МІЦНІСТЬ БЕТОНУ ПРИ ТРИВАЛОМУ НАВАНТАЖЕННІ

Г л а в а V. ДЕФОРМАЦІЇ БЕТОНУ ПРИ КОРОТКОЧАСНОМУ НАВАНТАЖЕННІ. МОДУЛЬ ПРУЖНОСТІ БЕТОНУ

1. МЕТОДИ ОЦІНКИ МОДУЛЯ ПРУЖНОСТІ БЕТОНУ

3. АНАЛІЗ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ ЗВ'ЯЗКУ МІЖ МОДУЛЕМ ПРУЖНОСТІ І МІЦНІСТЮ ВАЖКОГО БЕТОНУ

4. ОСОБЛИВОСТІ ВЗАЄМОЗВ'ЯЗКУ МОДУЛЯ ПРУЖНОСТІ І МІЦНОСТІ БЕТОНУ

5. ДЕЯКІ ПРАКТИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ З НОРМУВАННЯ ПРУЖНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВИСОКОМІЦНОГО БЕТОНУ

6. ГРАНИЧНА ДЕФОРМАТИВНІСТЬ БЕТОНУ ПРИ КОРОТКОЧАСНОМУ НАВАНТАЖЕННІ

Глава VI. ДЕФОРМАЦІЇ БЕТОНУ ПРИ ТРИВАЛОМУ НАВАНТАЖЕННІ. ПОВЗУЧІСТЬ БЕТОНУ

1. ФАКТОРИ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ПОВЗУЧІСТЬ БЕТОНУ

2. ХАРАКТЕР ВЗАЄМОЗВ'ЯЗКУ МІЖ ПОВЗУЧІСТЮ І МІЦНІСТЮ БЕТОНУ

3. АНАЛІЗ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ЗВ'ЯЗКІВ ПОВЗУЧОСТІ І МІЦНОСТІ ВАЖКОГО БЕТОНУ НА ОСНОВІ ВИРАЗІВ

4. ПРО ВПЛИВ РУХЛИВОСТІ БЕТОННОЇ СУМІШІ НА ПОВЗУЧІСТЬ ВИСОКОМІЦНОГО БЕТОНУ

5. ОЦІНКА ВЛАСТИВОСТЕЙ ПОВЗУЧОСТІ ВИСОКОМІЦНИХ БЕТОНІВ ПРИ ПРОЕКТУВАННІ КОНСТРУКЦІЙ

6. ОСОБЛИВОСТІ ДЕФОРМАЦІЇ ВИСОКОМІЦНОГО БЕТОНУ В НЕЛІНІЙНІЙ ОБЛАСТІ

Г л а в а VII. ВЛАСНІ ДЕФОРМАЦІЇ БЕТОНУ. УСАДКА БЕТОНУ

1. ФАКТОРИ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ВЕЛИЧИНУ УСАДКИ БЕТОНУ

2. ПРО ДЕФОРМАЦІЙ ЗВ'ЯЗКУ УСАДКИ З ВЛАГОФИЗИЧЕСКИМИ ПРОЦЕСАМИ В БЕТОНІ

3. УСАДКА БЕТОНІВ РІЗНОЇ МІЦНОСТІ

4. РУХЛИВІСТЬ БЕТОННОЇ СУМІШІ І УСАДКА ВИСОКОМІЦНОГО БЕТОНУ

5. ПРАКТИЧНИЙ МЕТОД ПРОГНОЗУВАННЯ ДЕФОРМАЦІЙ УСАДКИ ВИСОКОМІЦНИХ БЕТОНІВ

Глава VIII. ЗМІНА У ЧАСУ МІЦНІСНИХ І ДЕФОРМАТИВНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ БЕТОНУ

1. ОЦІНКА ЗРОСТАННЯ У ЧАСІ МІЦНІСНИХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕТОНУ

2. ВПЛИВ СТАРІННЯ БЕТОНУ НА ЙОГО ДЕФОРМАТИВНІ ВЛАСТИВОСТІ

Г л а в а IX. ПРОБЛЕМИ ДОВГОВІЧНОСТІ ВИСОКОМІЦНОГО БЕТОНУ

1. СТІЙКІСТЬ БЕТОНУ В АГРЕСИВНИХ СЕРЕДОВИЩАХ

2. МОРОЗОСТІЙКІСТЬ БЕТОНУ

Глава X. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ВИСОКОМІЦНИХ БЕТОНІВ

 

Розчини будівельні

1. ЗАГАЛЬНІ ВИМОГИ

 2. ВИЗНАЧЕННЯ РУХЛИВОСТІ РОЗЧИННОЇ СУМІШІ

3. ВИЗНАЧЕННЯ ЩІЛЬНОСТІ РОЗЧИНОВОЇ СУМІШІ

4. ВИЗНАЧЕННЯ РОЗШАРУВАННЯ РОЗЧИНОВОЇ СУМІШІ

5. ВИЗНАЧЕННЯ ВОДОУДЕРЖИВАЮЩЕЙ ЗДІБНОСТІ РОЗЧИНОВОЇ СУМІШІ

6. ВИЗНАЧЕННЯ МІЦНОСТІ РОЗЧИНУ НА СТИСК

7. ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОЇ ЩІЛЬНОСТІ РОЗЧИНУ

8. ВИЗНАЧЕННЯ ВОЛОГОСТІ РОЗЧИНУ

9. ВИЗНАЧЕННЯ ВОДОПОГЛИНАННЯ РОЗЧИНУ

10. ВИЗНАЧЕННЯ МОРОЗОСТІЙКОСТІ РОЗЧИНУ

 

Суміші бетонні