Механизм работы высокоэффективного бетона - Строительство и ремонт

Высокоэффективный бетон может быть получен за счет использования низкого отношения в/ц, пуццолановых материалов, плотной укладки заполнителей и повышения прочности переходной зоны.

Суперпластификаторы снижают содержание воды за счет диспергирования частиц цемента и поддерживают необходимую обрабатываемость. Что касается пуццолановых материалов, то они повышают прочность бетона и снижают его проницаемость.

Низкая проницаемость уменьшает проникновение агрессивных веществ и, следовательно, повышает долговечность бетона. Двойные требования – высокая прочность и низкая проницаемость – связаны друг с другом через необходимость уменьшения объема относительно больших капиллярных пор.

Уменьшение объема капиллярных пор достигается за счет низкого водоцементного отношения, а также плотной упаковки мелких частиц.

Механизм действия высокоэффективного бетона

1. Суперпластификаторы

Функция суперпластификаторов заключается в том, чтобы добраться до зерен цемента и придать им отрицательный заряд. В результате частицы цемента дефлокулируются и диспергируются. Дисперсия цементных частиц улучшает обрабатываемость бетона.

Кроме того, бетон становится более текучим при том же соотношении воды и цемента или уменьшается содержание воды при той же удобоукладываемости. Последнее приводит к повышению прочности и снижению проницаемости. Суперпластификатор представляет собой длинноцепочечную молекулу органического соединения.

Суперпластификатор

2. Пуццолановые материалы

Роль пуццолановых материалов, таких как кремнезем, многократно возрастает благодаря большой площади поверхности и относительно высокому содержанию стеклообразного кремнезема, который очень реакционноспособен.

Влияние кремнеземистого дыма на прочность бетона имеет первостепенное значение. Небольшое количество кремнезема, например, 20 кг, может заменить около 60 кг цемента для получения одинаковой прочности на сжатие.

Кремнеземистый песок повышает раннюю прочность бетона и снижает теплоту гидратации. Это свойство делает использование кремнеземистого дыма значительно более выгодным в массовом бетоне.

Тем не менее, кремнеземистый песок повышает водопотребность бетонной смеси, поэтому в смесь необходимо добавлять суперпластификатор.

3. Плотная упаковка компонентов бетона

Плотная упаковка – еще одна основа для достижения высоких эксплуатационных характеристик бетона. Суперпластификатор диспергирует частицы цемента. А мелкие частицы пуццолановых материалов, например, кремнеземистого дыма, заполняют пространство между частицами дисперсного цемента и нормально упакованного мелкого и крупного заполнителя.

В результате получается более плотная микроструктура. Бетон обладает меньшей пористостью, в нем нет признаков капиллярных пор, и только очень узкие, менее 0,5 мм, гелевые поры видны под большим увеличением в электронном микроскопе.

Частицы геля C-S-H в бетоне, содержащем пары кремнезема, выглядят не как отдельные частицы, а как массивная, плотная структура. На рис. 2 показана упаковка цемента, содержащего суперпластификатор и кремнеземистую пасту.

Упаковка цементной пасты, содержащей суперпластификатор и кремнеземистый песок

4. Улучшение переходной зоны

Повышение прочности переходной зоны в бетоне является еще одним важным механизмом в производстве высокоэффективного бетона. В присутствии кремнеземистого дыма плотный C-S-H занимает все пространство вокруг заполнителя, и устанавливается прямая связь с заполнителем.

Результатом укрепления переходной зоны является уменьшение микротрещин на границе раздела между цементной пастой и заполнителем.

В бетоне нормальной прочности с использованием только цемента переходная зона вокруг заполнителя имеет ширину от 20 мм до 100 мм и более богата гидроксидом кальция и эттрингитом, в отличие от фазы C-S-H в основной матрице. Пористость также выше. Таким образом, переходная зона образует слабое звено.

Читайте далее: