Структура бетона.

Структура Бетона

Структура бетонной смеси сохраняется и при затвердевании. Поэтому структуру бетона следует классифицировать по содержанию цементного камня и его размещению в бетоне.
Однако на свойства бетона определяющее влияние оказывает его плотность или пористость. При прочих равных условиях объем и характер пористости, а также соотношение в свойствах отдельных составляющих бетона определяют его основные технические свойства, долговечность, стойкость в различных условиях В этой связи целесообразно классифицировать структуру бетона с учетом ее плотности
Основные типы структур плотная, с пористым заполнителем, ячеистая и зернистая Плотная структура, в свою очередь, может иметь контактное расположение заполнителя, когда его зерна соприкасаются друг с другом через тонкую прослойку цементного камня, и «плавающее» расположение заполнителя, когда его зерна находятся на значительном удалении друг от друга.
Наибольшей прочностью обладают материалы с плотной структурой, наименьшей -с зернистой. Плотные материалы менее проницаемы, чем ячеистые, а те, в свою очередь, менее проницаемы, чем материалы зернистой структуры. Последние обладают, как правило, наибольшим водопоглощением.
Цементный камень является основным компонентом бетона, определяющим его свойства и долговечность Основной составляющей микроструктуры цементного камня являются гидросиликаты кальция. Гидросиликаты кальция создают определенную пространственную структуру, которая включает непрореагирозавшую часть зерен цемента с оболочкой новообразований в виде системы глобул и межзерновое пространство, заполненное в той или иной мере новообразованиями.
Гидросиликаты кальция имеют кристаллическое и полукристаллическое или аморфное строение. Кристаллические продукты, имеющие различные размеры кристаллитов, чаще появляются при тепловой, особенно автоклавной, обработке и при кристаллизации новообразований и межзерновом пространстве и порах. В цементном камне нормального твердения и в оболочке новообразований вблизи границы с исходным материалом, где возможности роста кристаллов ограничены, преобладают гелеобразные субмикрокристаллические продукты гидратации.

Полукристаллические и аморфные формы гидросиликата кальция обозначают С—S—Н, подразумевая неопределенность состава. Кристаллы гидроксида капьция (минерал портландит) выделяются в пбоовом пространстве между клинкерными зернами, на поверхности воздушных пор, в системе гидросиликатного геля, иногда срастаясь с кристаллами других минералов. Кристаллы различной формы образуют гидроалюминаты кальция и гидро сульфоалюминаты (минерал эттренгит и др.).
Продукты гидратации алита — основного минерала цементного камня — образуют, по современным воззрениям, две ооолочг ч: «внешнюю» — кристаллическую и «внутреннюю» — аморфную. Внешняя оболочка складывается из кристаллов различны- минералов в зависимости от условий твердения и других факторов и может содержать материалы с менее оформленной структурой, особенно если пбровое пространство ограничено. Енутренняя оболочка содержит слабозакристаллизоЕ анные продукты гидратации переменного состава, по соотношению C/S приближающиеся к ис ходному матспиалу. Граница между остаточным зерном C3S и внутренней оболочкой четкая, а граница между внутренней и внешней оболочкой расплывается. В этой зоне могут возни като микротрещиньг от усад а, нагревания и других видов воздействий.
Цемеьтный камень содержит участки с различной стру: .урой, сложенные разными минералами. Его строение отличается сложностью, многообразием и неоднородностью. Неоднородность строения обусловлена тем, что цементный камень состоит из глобул цементных зерен с постепенно убывающей к их поверхности плотностью, контактной зоны между глобулами, состоящей из различных новообразований, а также включает поры, неплотности и дефекты структуры. Необходимо учитывать и химическую неоднородность камня, т. е. то, что отдельные участки состоят из отличающихся друг от друга минералов и в некоторых местах возможно значительное увеличение содержания отдельных компонентов по сравнению с их средним значением, определяемым физико- химическим анализом. Микроструктура и неоднородность цементного камня существенно влияют на его прочность и другие свойства.
Свойства цементного камня зависят от его минералогического состава. Изменяя минералогический состав вяжущего и условия твердения, можно получать различные типы микроструктуры цементного камня, ячеистую, зернистую, волокнистую, сотовую или сложные структуры, состоящие из сочетания разных типов структуры. В технологии бетона используются различные вяжущие вещества, применяются разнообразные условия твердения бетона, что обусловливает различные типы микроструктуры цементного камня.
Вблизи зерен заполнителя в результате влияния его поверхностных сил и ряда других причин микроструктура цементного камня может несколько изменяться по сравнению со структурой основной массы, поэтому часто рассматривают особо микроструктуру и свойства контактной зоны между цементным камнем и заполнителем, выделяя ее в виде отдельного структурного элемента.
Рассмотренная выше классификация структур применима как к макроструктуре, так и микроструктуре бетона, а данные опытов подтверждают, что при рассмотрении бетонов особое внимание надо обращать на контактную зону цементного камня и заполнителя.
Структура бетона, как правило, изотропна, т. е. ее свойства по разным направлениям (приблизительно) одинаковы. Однако путем особых приемов формования или введения специальных структурообразующих элементов структуре бетона может быть придана анизотропность, т. е. ее свойства в одном направлении будут заметно отличаться от свойств в другом направлении. Примером может служить бетон на заполнителе с лещадными зернами, ориентированными в определенном направлении.
Для различных видов бетона характерна своя структура. Для тяжелых бетонов характерна плотная структура, для легких конструктивных— плотная структура с пористыми включениями, ячеистые бетоны имеют ячеистую структуру, крупнопористые — зернистую. Подразделение на приведенные типы структур условно, в действительности структура бетона отличается большей сложностью, например в плотной структуре тяжелого бетона цементный камень имеет значительное количество пор, в плотной структуре легкого бетона поры наблюдаются не только у заполнителя, но и в цементном камне, отдельные ячейки в ячеистой структуре могут соединяться между собой капиллярами и т. д. Однако представление о различных типах структур позволяет более четко проектировать состав бетона, используя характерные для каждого случая зависимости.
Бетоны являются искусственными каменными материалами. Известно, что прочность подобных материалов зависит от их плотности, так как она определяет плотность упаковки структурных элементов, объем и характер дефектов (пор, микротрещин и др.). Значения величины физической связи между молекулами у бетонов на различных материалах близки между собой, и прочность в основном обусловливается плотностью бетона и характером его структуры
Зависимость прочности бетона от его структуры. При одинаковой относительной плотности прочность материала зернистой структуры значительно ниж:, чем ячеистой. Поэтому наряду с величиной пористости материалов для окончательного суждения о прочности и другие свойствах бетона необходимо знать характер пористости, определяемый его структурой.
Структура бетона неоднородна. Отдельные объемы материала могут значительно отличаться по своим свойствам, что оказывает заметное влияние на суммарные свойства материала могут различаться по свойствам не толь ) цементный камень и заполнитель, но и отдельные зерна заполнители друг от друга и отдельные микрообъёмы цементного камня. Выше приводился пример изменения свойств цементного камни в контактной зоне. Сама контактная зона, как основной массив цементного камни, неоднородна, в ней содержатся более или менее дефектные места, непрореагировавшие зерна, микротрещины и другие элементы, снижающие однородность материала.
Элементарная ячейка бетона. Наглядно видна неоднородность структуры, включающей плотный и прочный материал с разными свойствами, переходные зоны, пустоты. Неоднородность структуры обусловливает неоднородность прочности бетона по объему. Возможное изменение прочности бетона по сечению, подтверждающее высказанное положение. Кроме того, структура и свойства бетона могут колебаться в незначительных пределах в разных изделиях и образцах, даже изготовленных из одного и того же состава.
Неоднородность структуры и свойств требует применения к оценке бетона вероятностно-статистических методов и должна учитываться при проектировании и организации производства бетонных и железобетонных конструкций.

С Уважением, «БестБетонУкраина»

Поделиться ссылкой: