Что такое деструкция бетона
деструкция бетона
3.8 деструкция бетона : Разрыхление бетона вследствие внешних и внутренних воздействий.
Смотреть что такое «деструкция бетона» в других словарях:
Деструкция — – нарушение нормальной структуры чего либо или полное разрушение, например структуры бетона. [Большая советская энциклопедия. М.: Советская энциклопедия. 1969 1978] Рубрика термина: Общие термины, бетон Рубрики энциклопедии: Абразивное… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
РД 23.020.00-КТН-279-07: Методика обследования фундаментов и оснований резервуаров вертикальных стальных — Терминология РД 23.020.00 КТН 279 07: Методика обследования фундаментов и оснований резервуаров вертикальных стальных: 3.1 аварийное состояние : Категория технического состояния фундамента резервуара, характеризующаяся повреждениями и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Пенополистирол — Структура пенополистирола при большом увеличении Пенополистирол лёгкий газонаполненный ма … Википедия
Общие термины, бетон — Термины рубрики: Общие термины, бетон Активация Активность поверхностная Активность пуццолановая Активность термодинамическая … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Старение — (деструкция) – необратимое изменение свойств материала в результате протекания внутренних физико химических процессов, вследствие влияния внешней среды и условий работы материала; способность переходить с течением времени из одного… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Переработка отходов — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия
Основные виды разрушения бетона
Бетон является наиболее востребованным конструкционным материалом. Занимая первое место по объемам производства, он используется только для нужд строительства, что объясняется высокой прочностью и низкой пластичностью, а также комплексом наиболее подходящих для этой сферы эксплуатационных характеристик. Как и любой другой материал, бетон подвержен воздействию разрушающих факторов, что требует проведения специальных мероприятий по защите конструкций уже на этапе изготовления смеси и заливки ЖБК. При выборе марки материала, метода укладки и других особенностей технологического процесса необходимо учитывать те условия, в которых будет эксплуатироваться здание или сооружение, чтобы предотвратить его разрушение. Для этого важно понимать причины и механизмы возможного разрушения бетона.
При эксплуатации на ЖБИ и ЖБК действует множество факторов, которые условно можно разделить на следующие группы:
Часть из указанных групп факторов является объективной реальностью, поэтому должна учитываться при проектировании конструкций, разработке режимов их монтажа, эксплуатации, защиты и ремонта. Обычно мероприятия по их предотвращению, устранению и минимизации прописаны в СНиПах и другой нормативно-технической документации, например, морозостойкость бетона для изготовления ЖБИ и ЖБК изначально выбирается с учетом условий их эксплуатации.
Другая часть причин имеет случайный характер, например, проявляется вследствие несоблюдения технологии производства и доставки бетона, нарушений в процессе выполнения строительных работ, просчетов при проведении изысканий. В этом случае на первый план выходит оперативность и правильность диагностики разрушений, что позволяет вовремя выполнить ремонтные или защитные работы и продлить срок службы или повысить надежность эксплуатации конструкции.
Химические факторы
В процессе эксплуатации железобетонных конструкций в воздушной среде, на них значительное влияние оказывают все кислые газы. Поскольку основным содержащимся в воздухе веществом этого класса является углекислота (концентрация CO2 на несколько порядков выше концентрации прочих кислых газов), то ее принято считать основным фактором воздействия. Диоксид углерода, взаимодействуя в присутствии влаги с компонентами бетона (продуктами гидратации извести, в частности, Ca(OH)2), вызывает образование карбоната кальция (СaCO3) и H2O по следующей реакции:
Существуют и другие механизмы взаимодействия углекислоты с разными продуктами реакции. Но, в целом, этот процесс можно охарактеризовать, как интенсивный, из-за высокой способности бетона к поглощению влаги и углекислоты из атмосферы и диффузии и капиллярного их переноса в объем материала. Следует учесть, что на первом этапе процесс карбонизации можно рассматривать, как положительный, поскольку образующийся карбонат кальция имеет меньшую растворимость, чем гидроксид кальция, что приводит к повышению прочности бетона. Так как СaCO3 стремится закупорить имеющиеся поры, то процесс проникновения газов вглубь конструкции замедляется.
С другой стороны, глубоко проникшая карбонизация приводит к нежелательным последствиям. При определенных условиях из-за интенсивного выщелачивания развиваются процессы коррозии арматуры, увеличивается ее объем, появляются избыточные напряжения, и, как следствие, трещины и сколы бетона. После этого процесс еще больше интенсифицируется и требует немедленных мер по ремонту конструкции. Диагностика разрушений бетона, вызванных воздействием карбонатов, осуществляется посредством цветового теста с использованием фенолфталеина. Некарбонизированный бетон в результате нанесения на поверхность 1% раствора фенолфталеина краснеет, а цвет карбонизированного не меняется.
Выщелачивание бетона происходит по аналогичному механизму, но требует присутствия влаги с растворенными в ней углекислотой и другими агрессивными компонентами. В результате цементный камень разрушается, и конструкция теряет прочностные свойства. Диагностика выщелачивания бетона производится визуальным методом, при котором контролируется разрушение цементного камня. При воздействии сульфатов происходит образование внутри структуры бетона продуктов реакции (гипса, таумаситов и эттригидов), которые, увеличиваясь в объеме, вызывают возникновение напряжений и разрушение матрицы. Диагностику таких явлений проводят в лабораторных условиях путем изучения дифрактограммы.
Рисунок 2. Процесс определения карбонизации бетона
Разрушение хлоридами происходит в условиях воздействия морской воды, антиобледенителей и солей. Хлор, проникая до уровня арматуры, растворяет пассивирующую пленку оксидов железа, запуская процесс коррозии. На скорость проникновения хлоридов влияет их концентрация, влажность и проницаемость бетона. После начала процесса коррозии, как и в предыдущих случаях, из-за появления новых путей проникновения агрессивных веществ происходит нарастающее разрушение бетона. Критическая концентрация хлоридов прямо пропорциональна показателю рН бетона, что позволяет связать механизм разрушения с воздействием карбонатов и обеспечить комплексную защиту конструкций.
Для диагностики разрушения хлоридами используются несколько методов. Путем химического анализа устанавливается их весовая концентрация в цементе. Также диагностика производится при помощи цветового теста или анализа дифрактограммы в рентгеновском спектре. Наиболее доступным методом является цветовой тест, состоящий в обработке бетона раствором нитрата серебра и флуоресцеина и последующем контроле изменения цвета. При разрушении сульфатами бетон приобретает светло-розовую окраску, а при отсутствии этого процесса — темную.
Еще одним химическим механизмом разрушения бетона является взаимодействие щелочей цемента и заполнителей. В состав некоторых заполнителей входит реакционноспособный кремнезем, реагирующий со щелочами и солями натрия и калия с образованием геля, который в присутствии влаги или воды расширяется, разламывая окружающий бетон. В результате образуются силикаты гидратированного калия и натрия с большим объемом, что приводит к появлению трещин на поверхности бетона, подрыву его участков и вспучиванию. На скорость реакции влияет уровень влажности, а так процесс замерзания и оттаивания бетона. Признаки реакции щелочей цемента и заполнителей бетона определяются при помощи цветового теста или визуально. В последнем случае диагностируется набухание и упорядоченное паутинообразное растрескивание. Цветовой тест проводится при помощи кобальтинитрита натрия, позволяя выявить гель по окрашиванию в желтый цвет.
Физические факторы
Из физических факторов, влияющих на прочность бетона, следует выделить усадку и негативные температурные условия.
Усадка делится на два вида:
Основным методом борьбы с пластической усадкой является укрывание свежеуложенного бетона слоем водонепроницаемой пленки, нанесение материалов, создающих защитную пленку, или орошение водой на протяжении нескольких суток. Избежать гигрометрической усадки позволяет использование добавок, снижающих водоцементное соотношение (В/Ц).
Цикл замерзания и оттаивания — процесс проникновения воды внутрь бетона, ее последующего замерзания с увеличением объема и создание напряжений в теле конструкции. Для предотвращения таких явлений требуется уменьшение капиллярной микропористости на стадии производства бетона за счет добавления воздухововлекающих добавок и морозостойких заполнителей, что позволяет обеспечить оптимальное соотношение В/Ц.
В результате высоких температур также возможно разрушение бетона. В частности, этот процесс может быть обусловлен разными коэффициентами термического расширения арматуры и бетона, разрывом заполнителя с вяжущим, быстрым остыванием материала при тушении пожара водой и другим факторами.
Механические факторы
К механическим факторам относятся:
Истирание и ударное разрушение бетона можно предотвратить на этапе разрушения бетона путем правильного выбора состава и методов защиты. Борьба с эрозией состоит в своевременной диагностике и ремонте ЖБК и ЖБИ.
Основные виды дефектов
Из основных видов дефектов отметим следующие явления, связанные с технологическими факторами:
Методы ремонта повреждений
По степени влияния на несущую способность конструкции выделяют несколько групп повреждений и, соответственно, мероприятий по их ремонту или компенсации. Наиболее «легкими» считаются дефекты, не влияющие на прочность конструкции (пустоты, поверхностные раковины, выбоины, трещины, разрушение поверхностного слоя). Они не требуют срочного ремонта, но должны быть устранены в плановые сроки для предотвращения дальнейшего развития или образования новых мелких трещин. В этом случае обязательно необходимо обеспечить защиту конструкции от воздействия внешних разрушающих факторов.
При диагностике повреждений, снижающих долговечность и надежность конструкции (пустот, сколов и раковин с оголением арматуры, глубинной или поверхностной коррозии бетона), необходимо в безотлагательном порядке провести мероприятия по их устранению. В частности, производится заделка пустот и трещин, удаление рыхлого и корродирующего слоев бетона и последующее нанесение специальных материалов.
При обнаружении повреждений, снижающих несущую способность конструкции (наклонных, горизонтальных трещин в объеме несущих конструкций, пустот в сжатых зонах, трещин в сопряжениях плит и др.), производится срочный ремонт. В большинстве случаев ликвидация таких дефектов требует разработки индивидуального проекта.
Что такое деструкция бетона
Рассмотрим причины разрушения бетона и способы их решения или восстановления.
Причины можно разделить на несколько групп:
ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Основные разрушения бетона происходят от воздействия внешней среды и воздействия сульфатов, хлоридов и щелочей возникающих в процессе химических реакций наполнителей и вяжущих составов.
В конструкциях подвергающихся атмосферному влиянию, углекислота вызывает формирование карбоната кальция, в гидравлических сооружениях под его воздействием в составе воды наблюдается выщелачивание, ему подвержены вяжущие материалы.
Образование карбоната кальция происходит в процессе трансформации извести под воздействием углекислоты. Его концентрация зависит от окружающих внешних условий, эксплуатации сооружения и уровня промышленного загрязнения. При воздействии карбонатов на бетон в нем понижается уровень щелочной среды, что в свою очередь ведет к разрушению защитной пленки арматурных стержней и агрессивному воздействию на них влаги и кислорода, это приводит к агрессивной коррозии метала и новообразований вокруг арматурных стержней. Бетон в этих местах начинает вспучиваться, отслаиваться и даже полностью отваливаться. Появляются новые пути доступа кислорода и влаги, в глубь бетонной конструкции, что в свою очередь увеличивает и площадь, и глубину повреждений. Карбонизация наносит бетонным сооружениям исключительный вред.
Диагностика разрушений бетона карбонатами основана на цветовом тесте фенолфталеином. После нанесения 1% раствора фенолфталеина, не карбонизированный бетон краснеет, карбонизированный не меняет цвет.
Выщелачивание бетона такой же процесс, но проходит в присутствии влаги и представляет собой удаление цементного камня, разрушение усиливается под воздействием воды содержащей в себе углекислоту, серную кислоту органического происхождения.
Диагностика выщелачивания бетона состоит в визуальном обследовании, иных методов нет. При обследовании будут видны заполнители без цементного камня.
Разрушения сульфатами происходит от естественных примесей, таких как гипс и ангидриды. Из-за разницы размеров частиц в заполнителях и ускорителях, что в последствии приводит к образованию эттригита и растрескиванию поверхностного слоя бетона.
Диагностика разрушений от воздействия сульфатов проводится в лабораторных условиях и состоит в получении дифрактограммы в рентгеновском спектре.
Разрушение хлоридами наблюдается при воздействии на бетон морской воды, солей и антиобледенителей. При проникновении хлора в бетон до арматурных стержней происходит растворение пассивирующей пленки оксидов железа и начинается процесс коррозии. Скорость проникновения хлоридов в тело бетона зависит от концентрации хлоридов, проницаемости бетона и влажности. Как только начинается процесс коррозии, начинается разрушение бетона по нарастающей, из-за отслоений будут образовываться новые пути проникновения агрессивных веществ. Концентрация хлоридов поддерживающая коррозию, прямо пропорциональна рН бетона, в связи с чем можно связать разрушение из-за образования карбонатов и разрушения хлоридов в единый аспект и протекают часто параллельно.
Диагностика разрушения хлоридами проводится несколькими методами, химический анализ выявляет весовую концентрацию хлоридов в цементе и цветовой тест с использованием флуоресценция и нитрата серебра и дифракционный анализ в рентгеновском спектре.
Более доступный метод, цветовой тест. Проводится обработкой бетона раствором флуорецеина и нитрата серебра. После обработки раствором, происходит окрашивание бетона, подверженного разрушению сульфатами в светло-розовый цвет, а не подверженного в темный.
Признаки взаимодействия щелочей цемента с заполнителями бетона можно определить визуально и с помощью цветового теста.
Визуально характерно упорядоченное растрескивание напоминающее паутину, набухание. Цветовой тест проводится с помощью кобальтинитрита натрия и позволяет выявить гель, возникающий в ходе реакции щелочей цемента и кремнеземом, в результате чего гель окрашивается в желтый цвет.
ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Замерзание и оттаивание, это когда вода проникает внутрь бетона и впоследствии замерзания создает напряжение взламывая бетон. Чтобы ограничить такие последствия необходимо сократить капиллярную микропористость на стадии изготовления бетона добавлением морозостойких заполнителей и воздухововлекающих добавок, которые поддерживают соотношение между водой и цементом.
Высокие температуры так же приводят к разрушительному эффекту на бетон. Разрушение возникают в результате разного расширения бетона и арматуры, разрыва заполнителя с вяжущим, при быстром остывании в результате воздействия воды при пожаре или иных обстоятельствах образование извести, быстрой конденсации пара, что приводит к разрывам и растрескиванию.
Усадка бетона бывает двух типов, пластическая и гигрометрическая.
Пластическая усадка происходит в пластичной стадии бетона ( в момент укладки бетона или первых дней после нее), причина, быстрое выделение влаги в окружающую среду. При пластической усадке на его поверхности образуются микротрещины, трещины, провалы.
Избежать пластическую усадку довольно просто, укрыть свежеуложенный бетон водонепроницаемой пленкой, при отсутствии возможности укрытия орошение в течении нескольких дней водой или нанесение материалов создающего защитную пленку.
Гигрометрическая усадка происходит уже после схватывания бетона в первые несколько месяцев. Избежать гигрометрическую усадку помогают добавки снижающие водоцементное соотношение между инертными материалами и цементом, одним словом, чем меньше воды в свежеприготовленном бетоне, тем меньше в последующем усадка.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Истирание, когда бетон подвергается постоянным нагрузкам твердых частиц, механических и пешеходных нагрузок и зависит от характеристик материалов из которых состоит бетон. В основном истиранию подвержены бетонные полы.
Стойкость к истиранию можно повысить пропорцией между водой и цементом или путем внесения в верхний слой бетона специальных цементов с твердыми добавками путем втирания, или специальных полимеров.
Ударное воздействие, разрушение в результате интенсивных ударных нагрузок, движения механических транспортных средств, ударов. Так как бетон хрупкий материал, кромки на швах и стыках надламываются.
Чтобы повысить ударостойкость применяется более прочный бетон армированный стальными волокнами, что способствует равномерному распределению ударного воздействия и правильный подбор шовного герметика.
Эрозия или выветривание, вызывается ветром, водой, обледенением и сопровождается сносом материала с поверхности бетона и оголением заполнителя. Определяется визуально и единственным средством борьбы, своевременная защита поверхности бетона.
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ДЕФЕКТОВ
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТРЕЩИН
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОВРЕЖДЕНИЙ
Повреждения делятся на группы от степени влияния на несущие способности, рассмотрим коротко все по отдельности.
О механизме деструкции цементных бетонов на поздних этапах твердения
В статье показана определяющая роль поздних гидратационных актов на деструкцию цементных бетонов. Представлен механизм разрушительных явлений, рассмотрено действие некоторых технологических факторов на деструктивный процесс. Описаны меры для повышения надежности и эксплуатационной стойкости бетонных и железобетонных конструкций.
Выполненные автором экспериментальные исследования позволили высказать некоторые соображения по рассматриваемой проблеме. Сущность работы заключалась в изучении надежности нагруженных изгибающей нагрузкой образцов при различных внешних воздействиях. Образцы-пластины (160х40х10 мм) изготавливали обычным способом из цементного теста (с В/Ц=0,22; 0,24; 0,26; 0,28; 0,30 и 0,32) и растворной смеси состава по массе 1:2 (0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7 и 0,8) на новороссийском ПЦ500-Д0. Серию образцов изготавливали из пластифицированных смесей (С-3: 0,2; 0,4; 0,8 % и «Д-11»: 1,0; 2,0 % от массы цемента по сухому веществу). Твердение образцов – стандартное, естественное и водное; отдельные растворные образцы после суточного твердения в форме подвергали тепловлажностной обработке в лабораторной пропарочной камере в течение 10 часов. В месячном возрасте динамометром определяли прочность образцов при изгибе, после чего на специальном стенде при помощи пружин образцы нагружали половинной нагрузкой от разрушающей (рис. 1, А). Часть образцов перед нагружением высушивали до постоянной массы при температуре 150±2 оС, а также предварительно выдерживали в течение 1–2 часов в горячей (75–80 оС) и кипящей воде.
Нагруженные образцы подвергали следующим воздействиям:
1. паровой среды, для чего стенд с образцами устанавливали в холодную пропарочную камеру, включали «мокрые» ТЭНы, производили подъем температуры в камере со скоростью 15–20 оС/ч. (рис. 1,Б);
2. жидкой фазы – образцы погружали в воду с обычной (комнатной) и повышенной температурой (в последнем случае емкость с водой нагревали электрической плитой, рис. 1, В);
3. сухой среды с повышенной температурой – путем установки стенда в лабораторную низкотемпературную камеру SNOL 67/350 с температурой рабочего пространства 55, 70, 85 и 100 оС, которая поддерживалась системой автоматики с точностью ±2 оС (рис. 1, Г); время разрушения образцов в данном случае фиксировали с момента установки стенда в камеру.
Особенность «поведения» образцов при воздействии паровой среды, влияние отдельных факторов на стойкость бетона, технологические меры для повышения надежности последнего достаточно полно представлены в работе [см. Пшеничный Г. Н. К вопросу о «саморазрушении» бетона // Бетон и железобетон. – 2006. – №4], в связи с чем основное внимание уделим влиянию на деструкцию последних двух видов воздействий. Водная среда с обычной температурой не оказала заметных негативных последствий; разрушение образцов (преимущественно с повышенным значением В/Ц) имело место при нагреве воды до температуры 75–80 °С. Воздействие же сухой горячей среды в подавляющем большинстве случаев имело катастрофические для бетона результаты. Практически все помещенные в камеру образцы (за исключением единичных экземпляров) разрушались. Отметим следующие обнаруженные закономерности:
1. определяющим деструктивным фактором является температура, на что указывают ранее проведенные опыты с воздействием на нагруженные образцы пара [см. Пшеничный Г. Н. К вопросу о «саморазрушении» бетона // Бетон и железобетон. – 2006. – №4] – интенсивность разрушения совершенно не изменилась при тщательной изоляции образцов от контакта с внешней средой;
2. при температурах рабочего объема камеры 55, 70, 85 и 100 оС начало разрушения образцов имело место через 20±5, 8±3, 6±2 и 4±2 минуты с момента воздействия горячей сухой среды, соответственно;
3. разрушение «нормально» твердевших цементного камня и раствора протекало с различной интенсивностью, в зависимости от исходного водосодержания смеси: начиналось, как правило, с образцов, изготовленных из составов с повышенным значением В/Ц; при дальнейшем выдерживании происходило последовательное разрушение образцов со все более уменьшающимся начальным водозатворением. Для некоторых (особенно, растворных) составов наблюдалась четкая зависимость «продолжительность стойкости – исходное значение В/Ц смеси» (рис. 2);
4. предварительно высушенные до постоянной массы образцы показали исключительную стойкость (не зафиксировано ни одного случая разрушения сухого камня и бетона);
5. водное твердение не сказалось существенным образом на конечной прочности образцов при изгибе, по сравнению с их стандартным твердением (20–40 %-ое повышение прочности имело место для образцов, изготовленных из жестких составов), в то же время, заметно повысилась надежность бетона. При температурах среды камеры 70 и 85 °С, например, разрушилось всего по одному образцу – с В/Ц=0,6 (через 24 мин) и 0,45 (49 мин); лишь при 100 °С произошло разрушение всех составов с отмеченной в п.1 последовательностью (см. рис. 2 – сплошные линии кривой);
6. пропаривание на 10–70 % снизило прочность бетона при изгибе (особенно заметное для жестких составов) по сравнению с водным и стандартным твердением, однако явно повысило его стойкость к воздействию повышенных температур. Практически все образцы выдержали испытание за исключением состава с В/Ц=0,7 (при температурах 55, 70 и 85 оС разрушение произошло через 18, 17 и 9 минут, соответственно);
7. предварительное выдерживание образцов в горячей и кипящей воде перед нагружением и испытанием в камере также способствует повышению их стойкости. При двухчасовом выдерживании в воде с температурой 75–80 °С растворных образцов с В/Ц=0,4; 0,5 и 0,7, последующем их нагружении и установке стенда в камеру получены следующие результаты: при температуре среды 55 и 70 °С разрушения не наблюдалось; при 85 °С разрушился лишь образец с В/Ц=0,7 (через 50 мин.), при 100 °С – все образцы разрушились через 44–54 мин. При предварительном часовом кипячении образцов из цементного теста получены подобные результаты (при 55 и 70 °С разрушение отсутствовало, при 85 и 100 °С образцы разрушались).
Рис.2. Зависимость времени разрушения образцов от исходного В/Ц растворных составов и температуры сухой среды
Полученные экспериментальные данные позволили сделать следующие предположения и обобщения.
Рис.3. Влияние исходного В/Ц составов на месячную влажность образцов
2. Разрушение бетона наблюдается через считанные минуты с момента воздействия сухой среды с повышенной температурой. И если причиной деструкции являются гидратационные процессы, то возникают определенные сложности с принципом их «диффузионного контроля» сформировавшейся к моменту проведения испытаний на поверхности клинкерных частиц плотной экранной гидратной пленки. Действительно, для проникновения молекул воды сквозь экранную оболочку к негидратированным областям вяжущего, осуществления соответствующих преобразований, отводу продуктов реакции в поровое пространство (или без такового) необходимо, по всей логике, несравненно больший временной интервал.
Предлагается взглянуть на эту проблему с несколько иных позиций. Взаимодействие гетерогенной цементной композиции осуществляется на границе раздела фаз путем стадийного формирования в межфазной зоне промежуточного пористого («доменного») неравновесного энергетического комплекса (рис. 4) с его развитием (локализацией у обменных катионов «освободившихся» диполей, накоплением системой внутренней энергии – индукционная стадия) и распадом (химизмом процесса) [см. Пшеничный Г. Н. О «микробетоне» по В. Н. Юнгу // Материалы и изделия для ремонта и строительства: Международный сборник научных трудов. – Новосибирск, 2006].
Рис. 4. Строение и динамика развития межфазного полимолекулярного комплекса твердеющей цементной композиции:
1 – цементное зерно; 2 – активный центр; 3 – диполь; 4 – «свод» адсорбционного слоя;
Акты гидратообразования, протекающие в начальный период (до максимума тепловыделения) через каждые 90±10 минут, приводят к постепенному заполнению высокоразвитой поверхности клинкерных зерен гидратом. По мере гидратации «дефектных» центров (снижения, вследствие этого, поверхностной энергии частиц вяжущего), уменьшения в системе количества активных диполей, индукционные интервалы увеличиваются (к суткам твердения составляют от 3 до 5 часов). Со временем в цементной композиции устанавливается динамически равновесное состояние системы «остаточные, локально распределенные на поверхности клинкерного зерна, активные центры – адсорбированный слой молекул воды» (рис. 5), которое при стабильных внешних условиях сохраняется достаточно продолжительное время (месяцы и многие годы). Данное состояние можно назвать, образно говоря, «миной замедленного действия». При резком изменении внешних условий (например, повышении температуры) неизбежно «срабатывание мины» – нарушение равновесия системы за счет эстафетного разрушения водородных связей адсорбционного слоя, что приводит к вышеуказанной последовательности элементов гидратационного процесса и неразрывно с ним связанным деструктивным проявлениям.
Рис.5. Схема гидратированного цементного зерна.
1 – гидратный продукт; 2 – остаточные активные центры; 3 – клинкерное зерно; 4 – адсорбционный слой диполей
3. Надежность бетона и железобетона в значительной мере зависит от полноты и завершенности протекающих на поверхности клинкерного зерна гидратационных преобразований. При этом важную роль играет соответствие условий твердения бетона условиям его эксплуатации. Водное выдерживание бетона, например, гарантирует его длительную сохранность при работе в водной среде, в то же время, совершенно не исключает деструкции и разрушения при внезапном повышении температуры. Твердение при повышенных температурах (пропаривание), хотя и является «неизбежным злом», ухудшающим основные свойства бетона, тем не менее, способствует повышению его стойкости при повышенных температурах. Иначе говоря, для повышения стойкости и надежности бетона (железобетона) температурно-влажностные условия его твердения должны быть предельно приближены к условиям эксплуатации.
4. Гидратация силикатов кальция сопровождается стадийным выходом в жидкую фазу ионов Са2+ и их «гашением» (чем и определяется экзотермия процесса). Основная же масса гидролизных «остатков» (анионов (SiO4)4–), прочно удерживаемая электростатическими связями элементов твердой среды, остается на поверхности клинкерного зерна [см. Сиверцев Г. Н. Некоторые экспериментальные предпосылки для построения единой теории твердения вяжущих на коллоидно-химической основе // Труды совещания по химии цемента. – М.: Госстройиздат, 1956; К вопросу о гидратации и твердении цемента // Доклады международной конференции по проблемам ускорения твердения бетона при изготовлении сборных железобетонных конструкций / Ю. С. Малинин, Л. Я. Лопатникова, В. И. Гусева, Н. Д. Клишанис. – М.: Стройиздат, 1968], связывается с продуктами распада молекул воды, образуя практически водонепроницаемый барьер. Отсюда напрашивается несколько неожиданный вывод: гидратация клинкерных зерен путем значительного проникновения фронта взаимодействия вглубь плотного тела вряд ли возможна. В связи с этим такие понятия как «степень гидратации цемента», «предельное исчерпание резерва клинкерного фонда» и др. должны предусматривать не глубинный, а поверхностный смысл. Данный аспект подтверждается соизмеримостью толщины гидратированных каемок цементных зерен (составляющих доли и единицы микрон в пятимесячном возрасте [см. Гжимек Е. Значение внешнего строения кристаллов алита в портландцементах для скоростного и зимнего строительства // Труды совещания по химии цемента. – М.: Госстройиздат, 1956; Ли Ф. М. Химия цемента и бетона. – М.: Госстройиздат, 1961]) с глубиной микротрещин и прочих структурных дефектов, образующихся на поверхности частиц вяжущего при помоле клинкера.
5. Влажность затвердевшего бетона и, соответственно, количество адсорбционно связанной воды зависят от величины исходного водозатворения смесей, что и фиксируется опытами (рис. 3). При этом отчетливо просматривается экстремальный характер полученных зависимостей – наибольшую влажность имеют цементные образцы, изготовленные из теста, близкой к стандартной консистенции (В/Ц=0,28), растворные – из составов с В/Ц=0,7. Дальнейшее увеличение водоцементного фактора приводит к снижению рассматриваемых показателей, что вполне закономерно: повышение доли капиллярных пор в камне и бетоне определяет их более существенные влагопотери.
Как следствие, водосодержание исходных смесей в значительной мере сказывается на толщине остаточных полимолекулярных адсорбционных слоев диполей (рис. 5) – при повышенных расходах воды затворения посредством электромагнитных полей «дефектных» участков твердой среды и водородных связей молекул воды образуются более «толстые» равновесные пленки и наоборот. Повышение «температуры ведет к снижению толщины пленок, что объясняется разрушением сетки Н-связей, ответственной за структурное дальнодействие» [см. Дерягин Б. В., Чураев Н. В., Муллер В. М. Поверхностные силы. – М.: Наука, 1985]. И поскольку по мере удаления от подложки (клинкерного зерна) энергия межмолекулярных связей диффузной зоны снижается, то и активация диполей, химизм процесса, разрушительные последствия в цементных составах с повышенным значением В/Ц протекают с меньшими энергозатратами и более интенсивно по сравнению с таковыми в высококонцентрированных системах.
6. Цементные системы – стадийно самоорганизующиеся объекты, формирующие структуру и свойства за счет стяжения клинкерных зерен под действием развивающегося в межзерновых пустотах вакуума, уплотнения и упрочнения контактных зон посредством аморфных гидратных продуктов. Т.е. по природе своего твердения цементные бетоны требуют обязательного использования силовых воздействий в оптимальные сроки (моменты самоуплотнения), в связи с чем представление о повторном и многократном вибрировании, как устаревших и «немодных» технологических приемах, вряд ли оправданно и разумно.
Виброактивация при символических затратах позволяет уплотнить гелевые клеевые прослойки, значительно улучшить контактную зону бетона, сцепление цементного камня с арматурой [см. Пшеничный Г. Н. К вопросу о контактной зоне бетона и железобетона // Бетон и железобетон. – 2006. – № 2], частично нейтрализовать последствия неизбежных деструктивных явлений, повысить тем самым все свойства затвердевшего материала. Представляется, что весьма высокий эффект может быть достигнут при комплексном воздействии циклической виброактивации и минеральных тонкодисперсных модификаторов (нанотехнология). Только активный силовой контроль структурообразующего процесса позволит поднять технологию сборного и монолитного железобетона на должный уровень, получать конечную продукцию с предельно возможными свойствами, эксплуатационной надежностью и долговечностью.