Защитное действие воздушных нор

Механизм защитного действия воздушных пор при действии мороза достаточно специфичен. Если для улучшения большинства свойств бетона увеличивают его плотность, то для повышения морозостойкост и идут на увеличение пористости. При этом главным фактором является изменение характера нор: добавляются условно замкнутые воздушные поры, не заполняемые водой при водонасыщении бетона.

Механизм защитного действия

Деструкция бетона при замораживании может вызываться как давлением образующегося льда (с увеличением объема на 9%), так и гидравлическим давлением,

возникающим в капиллярах при отжатии избытка воды, образующегося в зоне замораживания. Последнее считается основной причиной разрушения бетона морозом. Гидравлическое давление увеличиваегся с ростом расстояния между фронтом замерзания и ближайшей резервной порой и может превысить прочность стенок капиллярных пор.

Защитное действие воздушных пор (которые практически всегда заполнены воздухом) объясняется возможностью оттеснения в них избытка воды, образуемого при замораживании. Но это происходит, если такая пора находится вблизи от зоны замерзания. Капиллярные поры оказывают большое сопротивление перемещению воды, так как она «фиксируется» в них капиллярными силами. Поэтому «отдаленные» резервные пространства не могут быть использованы и произойдет образование микротрещин в стенках капиллярных пор.

В итоге воздушная пора защищает от разрушения морозом лишь тонкую оболочку цементного камня вокруг себя, в пределах которой перемещения воды не вызывают больших напряжений. Чем меньше размеры воздушных пор, тем больше их удельная поверхность и защищаемый объем цементного камня. Расчет, иллюстрирующий ситуацию, выполнен для защищенной оболочки цементного камня толщиной 0,25 мм (табл. 4.1).

Таблица 4.1.

Объем цементного камня, защищаемый 1 л воздушных _пор разных размеров_

Размер пор, мм

Удельная поверхность пор, мм2/мм3

Объем защищенного цементного камня, л

1

6

1,5

0,5

12

3

0,3

20

5

0,1

60

15

Защитное действие крупных воздушных пор мало (их можно рассматривать как безвредные) и лишь при размерах пор менее 0,5 - 0,3 мм оно существенно возрастает. Таким образом, речь не идет о емкости резервных пор. Даже для объема замерзающей воды 100 л/м3 (что соответствует очень высокой капиллярной пористости бетона порядка 10%), количество оттесняемой воды составит только 9 л. Для его размещения достаточно 1% воздушных пор. Решающим является их «доступность»: вблизи от любой точки замерзания должна находиться воздушная пора. Это достигается уменьшением размеров и увеличением количества пор. Так, уменьшение размера в 10 раз даст 1000-кратное увеличение числа воздушных пор, которые просто «вынуждены» более равномерно распределиться в цементном камне.

Возвращаясь к механизмам разрушения бетона морозом, можно отметить, что гидравлическое давление считается основной причиной разрушения бетона морозом в частности потому, что только при его помощи можно объяснить защитное действие воздушных пор.

Естественные воздушные поры содержатся в бетонах из подвижных и малоподвижных смесей обычно в количестве 1 - 2 % и имеют преимущественные размеры 0,05 - 2 мм. Поэтому их защитное действие невелико. Но в ряде случаев их содержание заметно возрастает, увеличивается и объем мелких воздушных нор, что приводит к заметному росту морозостойкости бетона.

Наиболее известный пример - мелкозернистые бетоны. Содержание воздушных пор составляет в них 3 - 6 % и более. При том же В/Ц плотность и прочность мелкозернистого бетона оказываются ниже, но морозостойкосгь - заметно выше, чем у обычного бетона [19]. Следует отметить, что повышению морозостойкости способствует и менее дефектная поверхность сцепления цементного камня с заполнителем в мелкозернистом бетоне, с увеличением крупности заполнителя степень ее дефектности возрастает.

В бетоне с крупным заполнителем содержание воздушных пор может быть повышено увеличением доли песка в смеси (защемление воздуха при этом возрастает). В опытах О.В. Кунцевича [13] ее рост с 0,33 (величина, оптимальная по прочности) до 0,5 привел, при постоянном В/Ц, к повышению морозостойкости бетона со 107 - 120 до 400 циклов.

Морозостойкость бетона повышается при уменьшении подвижности смеси [4] и особенно при переходе к жестким смесям. В бетонах из них существенно снижается объем цементного камня при одновременном росте содержания воздушных пор, соответственно уменьшается толщина прослоек цементного камня между ними. Разумеется, это справедливо при качественном уплотнении жестких смесей. При их недоуплотнении в бетоне остаются воздушные включения неправильной формы и воздушные полости, выходящие на поверхность, которые могут заполняться водой и существенно снижать морозостойкость.

Искусственные воздушные поры, получаемые при помощи воздухововлекающих добавок, являются значительно более мелкими. Они имеют преимущественные размеры 0,01 - 0,3 мм и могут создаваться в любых количествах путем варьирования дозировки добавки. Оптимальным считается их содержание 4 - 6% [1,7], позволяющее радикально повысить морозостойкость бетона. Если для обычных бетонов она редко превышает 200 - 300 циклов, то при искусственном возду- хововлечении достигает 1000 - 2000 циклов [7,14].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >