РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДЖЕННЯ ТВЕРДНЕННЯ БЕТОНУ ПРИ ВЗАЄМОУЗГОДЖЕНОМУ ВПЛИВІ ВІБРАЦІЇ, ТИСКУ ТА ТЕМПЕРАТУРИ
Склад матеріалу - його найважливіша, але не вичерпна характеристика. Особливе місце тут займає структура та надмолекулярна будова. Бетон, що має однаковий склад, може володіти різними фізико-механічними властивостями внаслідок того, що його структура на визначеному рівні не однакова. Змінюючи структуру, можна в десятки разів збільшити або зменшити міцність. Аналогічно тому, як властивості речовин значною мірою обумовлені молекулярною будовою, одною з корінних ознак матеріалів є їх надмолекулярна структура, що характеризується взаємоположенням структурних елементів, їх кількісним співвідношенням і взаємозв'язком. Якщо при одержанні заданої речовини досить забезпечити протікання необхідних хімічних реакцій, то для формування матеріалу з заданими властивостями крім хімічних реакцій у ряді випадків потрібен фізичний і механічний вплив визначеного виду і ступеня. Так, для одержання бетону з визначеними властивостями поряд із протіканням реакцій гідратації мінералів цементного клінкера, величезного значення набувають ступінь ущільнення, вид і інтенсивність теплового впливу. Названі впливи, застосовувані в комплексі, формують структуру матеріалу.
Наша задача обґрунтувати вид і оптимальний рівень комплексу хімічних, фізичних і механічних впливів на вихідні компоненти, щоб сформувати структуру матеріалу з визначеними властивостями.
У 1928 році був відкритий ефект Ребіндера - ефект комплексного впливу механічних, фізичних і хімічних факторів на матеріал (адсорбційне зниження міцності). Пізніше було встановлене інше явище: визначені механічні впливи на матеріал не тільки його не руйнують, але і прискорюють процеси структуроутворення, сприяють підвищенню міцності [54, 55]. Дослідження показали, що можна ефективно створювати задану структуру матеріалів з необхідними властивостями, якщо використовувати комплекс методів. При цьому в оптимальних умовах має місце не проста сума ефектів, а їх взаємне посилення, що залежить від структури матеріалу.
Комплексний вплив хімічних, фізичних і механічних факторів використовується з метою формування структур матеріалу з заданими властивостями. Встановлено наступні основні принципи:
1. Принцип І.А. Риб'єва - заданому комплексу властивостей відповідає певна оптимальна структура. При цьому необхідно прагнути до того, щоб внутрішні напруження і деформації в структурі були мінімальними.
2. Принцип О.П. Мчедлова-Петросяна - задану структуру можна створити або зруйнувати найбільш вигідним шляхом при комплексному впливі фізичних, хімічних і механічних факторів на технологічні процеси. Методи впливу повинні відповідати принципам спрямованого структуроутворення чи руйнування, принципу відповідності.
2.1 Роль факторів вібраційного ТСВ у формуванні структури бетону
Таблиця 2.1
Роль вібрації, тиску та температури у структуроутворенні бетону
Фактор Вібрування Тиск Температура Попереднє Повторне забезпечує формуван-ня та легкість укладан-ня суміші, зменшує пористість бетону, знижує В/Ц, збільшує ступінь ущільнення
забезпечує руйнування каркасів із заповнювачів, що створюються при пресуванні суміші, під час гідратації руйнує сольватні оболонки, чим забезпечує повнішу гід-ратацію в'яжучої речо-вини
зменшує пористість бетону, знижує В/Ц, збільшує ступінь ущільнення, здійснює вплив на швидкість розчинення в'яжучого і утворення нової фази, покращує формування мікроструктури, підвищує зчеплення цементного каменя із заповнювачем, перешкоджає розширенню бетонної суміші під впливом температури; утримує бетон від набухання до набору ним критичної міцностіприскорює процеси в бетоні на ранніх стадіях тверднення, збільшує швидкість структуроутво-рення, забезпечує задані властивості бетону, при-скорює реакції гідратації
2.2 Дослідження ролі вібрування бетону при вібраційному ТСВ
У вібротермосиловій технології бетону в ролі силового фактору використовується термічне розширення речовин при сталому об'ємі. Однак, в такому випадку у віброущільнених бетонах починають швидко розвиватись деструктивні процеси, викликані в основному термічним розширенням паро-газової та рідкої фази ?56, 57, 58?.
Тиск в бетонній суміші (рис. 2.1) в ізохоричних умовах при вібраційному ТСВ можливо описати наступним виразом:
Рб = Рт.б + Рт.в + Рп - Рпв - Рк , (2.1)
де Рб - тиск в бетонній суміші;
Рт.б - тиск від термічного розширення бетонної суміші;
Рт.в - тиск від розширення термоактивної речовини, в даному випадку води;
Рп - тиск від привантаження;
Рпв - падіння тиску в бетонній суміші за рахунок перепакування та більш компактного розташування зерен заповнювачів під час повторного вібраційного впливу;
Рк - падіння тиску від контрактації.
Величину тиску від теплового розширення речовини в ізохоричних умовах можна знайти за формулою ?59?:
, (2.2)
де Рn - тиск при розширенні речовини;
P0 - початковий тиск в речовині;
t0, tn - початкова та кінцева температура;
? - коефіцієнт об'ємного температурного розширення;
? - коефіцієнт стисливості середовища.
Рис. 2.1. Зміна тиску в бетоні в процесі вібраційного ТСВ та подальшого тверднення в нормальних умовах
Запишемо вираз (2.2) у вигляді
. (2.3)
Отже, тиск від теплового розширення води складе
. (2.4)
На рис. 2.2 показано, як змінюється коефіцієнт теплового розширення води, в залежності від температури.
Рис. 2.2. Залежність коефіцієнту термічного розширення води від температури
Щоб запобігти деструктивним процесам в бетоні від теплового розширення, підведення зовнішнього тиску повинно випереджати тиски розширення бетонної суміші. Ця умова виконується за рахунок черговості нагрівання. Спочатку