Почему поры в бетоне?

Что нужно знать о пористости бетона

Если рассмотреть структуру бетона под микроскопом, можно будет рассмотреть мелкие поры, пронизывающие всю его толщу. Пористость бетона — естественное явление, непосредственно влияющее на прочность. Почему важно учитывать это явление, и можно ли уменьшить пористость искусственно?

Откуда берутся поры

Во время застывания и твердения бетона часть воды, находящейся в растворе, испаряется. При этом образуются поры двух типов: капиллярные и седиментационные. Капиллярные поры имеют крошечный размер — около 2,5 нм, а седиментационные несколько больше. Второй тип считается нежелательным, поскольку представляет собой проявление вестма неприятного явления — расслоения бетона — на микроуровне.

Крупные поры могут образовываться на месте воздушных пузырьков, которые образуются в процессе перемешивания или заливки раствора. Их хорошо видно даже невооруженным глазом: диаметр пор колеблется в пределах от 0,1 до 2 мм. Так что если вы смотрите на срез и наблюдаете пористую структуру, то причиной являются именно включения воздуха. Порой отдельные пузыри сливаются вместе, образуя заметные пустоты. Это уже считается серьезным браком.

В чем опасность воздушных пузырьков

Микроскопические поры не слишком опасны для строения, поскольку они практически не влияют на плотность. Но вот сравнительно крупные пустоты уменьшают прочность бетона. Допустимое содержание воздушных пузырьков составляет 2-3%. Но в реальности их количество достигает пяти, а порой и шести процентов.

Расчеты, проведенные специалистами, доказали, что существует зависимость между повышением содержания пузырьков, на месте которых образуются поры, и прочности бетона. Каждый дополнительный процент воздушных полостей снижает прочность на очень серьезную величину: от 5 до 8%! Именно поэтому специалисты проводят предварительные расчеты пористости бетона, зависящей от степени гидратации цемента и водоцементного отношения.

Можно ли уменьшить пористость?

У капиллярных пор есть уникальное свойство: они со временем заполняются гелем и исчезают. Исследования показали, что через 12 месяцев пористость бетона уменьшается вдвое, если брать за точку отсчета 28 дней. А у капиллярной пористости показатели выше: она за тот же срок снижается вчетверо. Таким образом, естественные микроскопические полости исчезают таким же естественным путем. С расслоением бетона помогает бороться соблюдение технологии изготовления и укладки раствора. А для пузырьков придуманы особые методы борьбы.

После заливки бетонного раствора проводится штыкование, позволяющее уменьшить количество крупных воздушных пузырьков. Если вы видели эту операцию, то наверняка запомнили, как на поверхности как будто из ниоткуда появляется риличное количество пузырьков. Более эффективной операцией является виброуплотнение при помощи специальных приспособлений — вибраторов. Оно эффективно удаляет пузырьки, снижает общую пористость и предотвращает потерю прочности.

Иногда поры — это плюс

Пористость не всегда является недостатком. Существует особый класс пористых (ячеистых) бетонов, которые обладают великолепными теплоизолирующими свойствами. С помощью этих материалов производят утепление жилых домов, защищают от перепада температур трубопроводы, оборудование. Некоторые жаропрочные ячеистые бетоны способны выдерживать температуру до 700 градусов Цельсия, поэтому они востребованы в металлургической и химической промышленности.

За счет большого количества пор материал получается более хрупким, что учитывается при разработке проектов. Очень часто стены делают многослойными: качественный плотный бетон несет основную нагрузку, а теплоизоляционный пористый отвечает за сохранение тепла.

Если вы собираетесь строить дом, важно найти надежного поставщика качественного бетона. На нашем сайте вы сможете заказать товарный бетон с доставкой до стройплощадки. Тем, кому нужна профессиональная консультация, мы охотно поможем выбрать подходящую марку.

Влияние воздушных пор на свойства бетона

Основным дефектом структуры бетона являются, как известно, капиллярные поры. Они ухудшают все свойства бетона. Гелевые поры значительно менее вредны, они не влияют на морозостойкость и проницаемость, а также, по некоторым данным, в меньшей степени снижают прочность бетона. Поэтому влияние воздушных пор ниже рассматривается в сравнении с капиллярными порами.

Влияние воздушных пор на прочность зависит от состава бетона. Снижение прочности на 1% воздушных пор составляет для бетона из подвижных и жестких смесей соответственно 6% и 7%, для бетона из сверхжестких смесей — 8 — 10% [11].

Вообще из двух возможных способов выражения пористости: отнесения их к объему бетона или цементного камня в нем, применяется последний. Это понятно с физических позиций (все поры находятся в цементном камне) и подтверждается тем, что свойства бетона наиболее тесно коррелированы с В/Ц, которое является эквивалентом пористости цементного камня в бетоне.

Исключение составляют воздушные поры, которые принято относить к объему бетона. Но располагаются они также в цементном камне и ослабляют именно его.

При том же объеме воздушных пор в бетоне их содержание в цементном камне оказывается тем большим, чем меньше его объем. Например, при 2% воздушных пор в бетоне их содержание в цементном камне при его объеме 350 л/м 3 составит 6,7%, а при объеме 250 л/м 3 уже 8%. Естественно, что падение прочности бетона во втором случае будет большим. Это, по-видимому, и объясняет отмеченные выше различные прочностные эффекгы воздушных пор в бетоне. Если рассчитать снижение прочности бетона разных составов на 1% воздушных пор в цементном камне, оно составит практически постоянную величину — около 2% [11].

Представляет интерес сравнить влияние на прочность бетона воздушных и капиллярных пор. Рост объема капиллярных пор происходит при увеличении В/Ц, тогда как объем гелевых пор при этом меняется лишь в небольшой степени.

Влияние капиллярной пористости цементного камня на прочность при расчете по общепринятым формулам составляет для бетонов обычных составов (В/Ц = 0,4 — 0,7) 3 — 4% на 1% пор. Результат, полученный для воздушных пор: снижение прочности на 2% показывает, что они, по-видимому, менее опасны для прочности, чем капиллярные поры.

Это же следует из расчетного определения прочности бетона по величине Ц/В, когда одновременно учитывается влияние воздуха. В этом случае Ц/В в формуле прочности (1.2) заменяется на величину Ц/(В + Возд), где Возд. — объем воздуха в уплотненной смеси (или воздушных пор), л/м 3 бетона. Но при твердении часть воды связывается химически, а на образование микропор в бетоне среднего состава идет 70 — 75% воды затворения (причем часть их — гелевые). Иными словами, при данном подходе принимается, что микропоры цементного камня вызывают примерно на 30% большее снижение прочности бетона, чем тот же объем воздушных пор. Этот фактор является существенным для бетона с искусственно вовлеченным воздухом, так как для обеспечения его прочности при росте содержания воздушных пор требуегся меньшее сокращение объема микропор.

Бетон с искусственно вовлеченным воздухом отличается повышенным объемом цементного камня (увеличивающимся за счет воздухововлечения), а также тем, что воздушные поры в нем более мелкие, чем в обычном бетоне. По этим причинам снижение его прочности составляет примерно 5% на 1% воздушных пор [14], а по другим данным даже 4%, т.е. несколько меньше, чем для бетонов с защемленным воздухом.

Читайте также  Как правильно сделать опалубку вокруг дома?

Влияние воздушных пор на прочность при растяжении и модуль упругости бетона оказывается меньшим, чем на прочность при сжатии [25]. В итоге именно она является «критическим» свойством бетона при увеличении содержания воздушных пор в нем.

Проницаемость бетона с ростом содержания воздушных пор повышается. В частности, рост газопроницаемости может увеличить глубину карбонизации бетона. В то же время численные значения этого эффекта достаточно невелики. Так, увеличение содержания воздушных пор, образованных искусственно вовлеченным воздухом, на 4% привело к росту глубины карбонизации на 2 мм [1]. Для естественных воздушных пор, учитывая их большие размеры и менее равномерное распределение, можно ожидать в отдельных местах большего увеличения глубины карбонизации бетона. В то же время следует отметить, что практика применения искусственного вовлечения воздуха в бетон такова, что одновременно приходится несколько снижать В/Ц. В этих условиях проницаемость бетона уже уменьшается.

Основным эффектом искусственных воздушных пор в бетоне является существенное повышение морозостойкости.

Пористость бетона

Дата добавления: 2013-12-24 ; просмотров: 5718 ; Нарушение авторских прав

И процессы при её уплотнении

Структура бетонной смеси

О.К.
ЗВ (защемленный воздух)
В
Ц
ЗВ
МЗ
КЗ

Количество защемленого воздуха зависит от подвижности бетонной смеси. С уменьшением подвижности, количество защемленного воздуха возрастает до 40% и более. В очень подвижных смесях (литых) защемленный воздух не превышает 2%.

Под уплотнением понимается процесс максимального сближения твердых компонентов бетонной смеси за счет удаления из нее газообразной и иногда части жидкой фазы с целью формирования из зерен заполнителя каркаса будущего бетона.

При уплотнении бетонные смеси происходит:

1. удаление защемленного воздуха;

2. переукладка и сближение составляющих;

3. сегретация (расслоение);

4. седиментация (внутреннее водоотделение).

Сегрегация есть процесс расслоения, т.е. нарушения однородности состава бетонной смеси ( равномерности распределения ее компонентов в объеме) вследствие неоднородности физических свойств составляющих, который происходит на стадии транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси.

Седиментация – это вытеснение воды более плотными компонентами под действием силы тяжести, в результате которого происходит внутреннее и поверхностное водоотделение, образование седиментационных пор и сквозных капилляров. Время протекания процесса седиментации для слоя бетонной смеси толщиной Н, мм, составляет, мин,

Пористость, или поровое пространство, бетона на плотных заполнителях, обусловлена в основном пористостью цементного камня и количественно характеризуется такими параметрами, как объем, удельная поверхность и средний радиус. Формирование пористости происходит непрерывно вследствие протекания процессов гидратации и коррозии, в связи с чем параметры поровой структуры бетона непрерывно изменяются.

Пористость бетона – это любое незаполненное твердой фазой пространство в структуре бетона.

— по отношению к воде;

1. В зависимости от размера пор различают:

— макропоры (более 0,1-0,2 мм);

— поры геля (самые мелкие, десятки мкн).

2. В зависимости от способности поглощать и удерживать воду при атмосферном давлении поры делятся на:

— капиллярные (не способны удерживать воду в обычных условиях);

— некапиллярные (способы поглощать и удерживать воду).

Капиллярные поры играют – роль в морозостойкости и непроницаемости бетона, т.е. чем меньше капиллярных пор, тем лучше.

В зависимости от доступности для воды при насыщении при атмосферном давлении поры делятся на:

— открытые (т.е. доступные при насыщении водой)

— условно замкнутые (резервные) – недоступные для насыщения.

3. По происхождению различают:

— контракционные (образующиеся в следствие химического взаимодействия цемента с водой)

а. Поры определяемые соотношением водой и цементом

б. В введением специальных добавок (для увеличения или уменьшения прочности бетона):

технологические дефекты уплотнения и дефекты твердения (трещины)

Качество уплотнения БС характеризуется коэффициентом уплотнения К:

Ку= ρбс,ф,убс,т

где: ρбс,ф,у – фактическая плотность БС

ρбс,т – теоретическая плотность БС

Чем ближе К к 1, тем бетонная смесь – качественная, и наоборот К≥0,98 — меньше дефектов уплотнения.

эксплуатационные дефекты : образуются в процессе эксплуатации, в результате физической и химической коррозии бетона.

Рассмотрим более подробно некоторые виды пор.

Поры геля составляют примерно 28% объема гидратированного цемента ( цементного геля). Объем гелевых пор не зависит от В/Ц смеси, эти поры являются неотъемлемой частью цементного геля. Размеры гелевых пор ( от 0,5 нм до 30 нм) соизмеримы с размерами молекул воды, в связи с чем вода в гелевых порах не является обычной жидкостью. В частности, ее плотность составляет до 1,5 г/см 3 , а температура замерзания ниже -70°С.

Контракционные поры образуются вследствие объемных изменений в системе «вода- цемент». Объем контракционных пор составляет несколько процентов объема цементного камня, размер пор изменяется в пределах от 30 нм до 50 нм. Контракционные поры оказывают положительное влияние на морозостойкость бетона.

Капиллярные поры формируются в объеме, заполненном химически несвязанной водой. Их объем и средний радиус возрастают с повышением В/Ц бетонной смеси. При В/Ц>0,38 образование капиллярных пор неизбежно. Размер пор составляет от 30нм до 50мкм. При увеличении капиллярной пористости снижается морозостойкость и непроницаемость бетона.

Седиментационные поры, образующиеся в результате процессов внутреннего водоотделения, имеют размеры от 50 до 1000 мкм и резко ухудшают морозостойкость и непроницаемость бетона.

Воздушные поры формируются в бетоне вследствие недостаточного уплотнения («защемленный» воздух) или в результате специальных технологических приемов («вовлеченный» воздух). Объем воздушных пор в конструкционных бетонах редко превышает 5%. «Защемленный» воздух, вследствие хаотичности распределения пор в объеме и нерегулярности размеров ( от 25 до 500мкм и более), как правило, приводит к снижению прочности бетона на 3-5% на каждый процент «защемленного» воздуха. «Вовлеченный» воздух создает в структуре бетона систему равномерно распределенных почти сферических пор размером от 50 до 300мкм, что резко повышает морозостойкость бетона.

Увеличение доли открытых пор снижает долговечность бетона и, наоборот, уменьшение доли открытых пор и увеличение доли условно – замкнутых пор способствуют повышению долговечности. Открытые и условно – замкнутые поры образуют полную пористость бетона, с увеличением которой при прочих равных условиях снижается его прочность.

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Воздушные поры в бетонах оптимальной прочности

Воздушные поры, образуемые включениями воздуха, остающимися в уплотненной бетонной смеси, обычно присутствуют в бетоне в заметных количествах (в бетоне на крупном заполнителе до 3—4%, в мелкозернистом 5—8%). Возникает мнение о закономерности такого явления, по крайней мере при уплотнении вибрацией бетонов со средне- и мелкозернистыми заполнителями.

Нами изучалось содержание воздушных пор во взаимосвязи с параметрами структуры бетонов и, в частности, в бетонах оптимальных составов. Как известно, оптимум прочности бетонов обнаруживается При изменении расхода воды или расхода цементного теста с постоянным ВЩ для данных условий уплотнения. Второй случай представляет наибольший практический интерес, так как нахождение объема теста с принятым ВЩ является этапом в обычной схеме подбора состава бетона. Для выявления оптимальных составов при каждом из принятых ВЩ (0,35; 0,5; 0,65) изготавливали 4—6 составов бетона, отличающихся объемом цементного камня. Опыты повторялись для разных видов песка и крупного заполнителя, наибольшая крупность заполнителей составляла 20 и 5 мм. Образцы уплотняли вгЗрацией (амплитуда 0,35 мм для НК-5 мм и 0,5 мм для НК-20 мм, частота 50 Гц) и испытывали после пропаривания по мягкому режиму, а также в 28-суточном возрасте. Содержание воздуха в уплотненных смесях рассчитывали по соотношению их объемной массы и плотности (т. е. методом, применяемым обычно для определения Дупл). Кроме того, определяли содержание воздушных пор на шлифах бетонов микроскопическим способом. при расхождении результатов этих методов предпочтение отдавалось второму из них.

Читайте также  Экологически чистый утеплитель для каркасного дома

Полученные данные еще раз подтвердили существование оптимума прочности при изменении объема цементного камня с постоянным ВЩ для данных условий уплотнения. Рост прочности бетона при уменьшении объема цементного камня до некоторого предела происходит, несмотря на одновременное увеличение объема воздушных пор (рис. 1).

Эта картина сохраняется при изменении интенсивности вибрации. Повышение интенсивности позволяет удалить из бетона оптимального состава часть воздуха и повысить его прочность. Но оптимум прочности при этом сдвигается в сторону составов с меньшим объемом цементного камня и большим содержанием воздушных пор (рис. 2).

Таким образом, в виброуплотнениых бетонах оптимальных составов с НК= 20 мм и менее присутствует заметное количество воздушных пор, причем тем большее, чем меньше НК заполнителей. По данным 18 серий опытов, оно составило 1,5—3,6% для НК = 20 мм и 5— 7,9% для НК=5 мм. При постоянной НК на объем воздушных пор влияют характеристики заполнителей; факторы, изменяющие соотношение песок : цемент в смеси и тем самым вероятность защемления воздуха в пустотах между зернами песка (ВЩ, доля песка); толщина слоя уплотняемой смеси.

Полученные данные позволяют пересмотреть сугубо негативную оценку воздушных пор в бетоне, распространенную в настоящее время. Она возникла, когда влияние воздушных пор рассматривали при неизменном составе бетона, и рост их объема вследствие недостаточного уплотнения смеси приводил, естественно, к снижению прочности бетона. Но в. практических ситуациях при оптимальных параметрах уплотнения содержание воздуха регулируется выбором удобоукладываемости смеси, т. е. объема цементного теста. При этом отрицательная роль роста содержания воздушных пор до некоторого предела перекрывается положительной ролью уменьшения объема пористого цементного камня и повышения концентрации плотных заполнителей.

В итоге в бетонах оптимальных составов общая пористость, слагаемая из микропор цементного камня и воздушных пор, будет минимальной (рис. 3). Можно утверждать, что в наиболее плотном для каждого ВЩ бетоне некоторые поры будут воздушными, причем их тем больше, чем меньше НК заполнителей.

Следовательно, практическое значение это явление приобретает для бетонов со средне- и мелкозернистыми заполнителями (т. е. с возрастающим абсолютным содержанием песка в смеси). Если при виброформовании бетонов оптимальных составов с НК = 20 мм в части случаев еще наблюдается объем воздушных пор 1,5—2%, то для впброуплотненных бетонов оптимальных составов с НК=5 мм он постоянно был выше 5%.

Следует отметить, что воздушные поры в бетонах оптимальных составов имеют близкую к сферической форму, преимущественные размеры 0,1—2 мм и являются условно замкнутыми (степень заполнения этих пор водой при насыщении бетонов разных составов колеблется в пределах 0—20%), что позволяет считать их неопасными для морозостойкости бетона.

Сказанное выше не означает, что бетоны не нужно тщательно уплотнять при формовании. Но следует различать «неизбежные» воздушные поры, объем которых может быть установлен путем определения на тщательно уплотненном бетоне оптимального состава, от воздушных пор, которые могут добавляться к ним вследствие неудовлетворительного уплотнения.

По нашему мнению, такой подход может быть использован для обоснованного нормирования степени уплотнения бетонов со средне- и мелкозернистыми заполнителями.

Общая пористость бетона

Основным видом пор в бетоне являются микропоры цементного камня.

В значительно меньшем количестве присутствуют воздушные поры. Тем не менее в их отношении возникает методическая сложность: к какой составляющей структуры бетона их относить Мелкие воздушные поры (до 1—2 мм) располагаются в цементном камне. Но более крупные — каверны и раковины — по-видимому, уже можно рассматривать как элементы макропористости бетона.

В бетоне могут присутствовать и другие виды макропор. Это седиментационные поры, образующиеся при расслоении бетонной смеси под нижними поверхностями крупных заполнителей. Хотя их поперечный размер невелик, до 0,1 мм, протяженность уже соизмерима с размерами зерен заполнителей. Наблюдаются и щели, образующиеся при неплотном прилегании цементного теста к участкам поверхности заполнителей, загрязненным пылью или глиной.

В бетоне достаточно часто образуются и трещины. Они имеют различное происхождение: температурные, усадочные, образовавшиеся при коррозионном или морозном воздействии. Для макропор и трещин применяется термин: неплотности бетона.

Таким образом, в пустотно-пористой системе бетона можно выделить:

  • поры: капиллярные, гелевые, воздушные;
  • неплотности (пустоты): каверны и раковины, трещины, щели, сюда же можно отнести и седиментационные поры.

Такая классификация имеет определенные обоснования. Капиллярные, гелевые и воздушные поры присутствуют в бетоне «закономерно», т. е. являются неизбежными. Неплотности же возникают при нарушении технологии, несоответствии свойств бетонной смеси параметрам технологии или свойств бетона условиям эксплуатации конструкции.

Есть и другое отличие. Значительная часть пор не наблюдается в контрольных образцах, но может присутствовать в бетоне конструкций. Причины: различия в процессе уплотнения; расслоение в малых объемах может быть менее выражено; образцы, в отличие от массивных конструкций, не разогреваются вследствие экзотермии цемента и т. д.

Тот факт, что в бетоне конструкций могут возникать более крупные дефекты или уже имеющиеся дефекты могут присутствовать в более неблагоприятном сочетании, подтверждается испытанием крупных бетонных фрагментов. Они производились американскими исследователями при строительстве плотины Гувер. Если прочность стандартных цилиндров диаметром 15 см и высотой 30 см принять за 100%, то прочность цилиндров диаметром 90 см и высотой 180 см (объем 1,14м 3 ) составила лишь 83%.

Условно-замкнутая пористость бетона. Поры в бетоне подразделяются и в зависимости от отношения к воде. Вообще бетон гидрофилен: его поверхности, в том числе громадная внутренняя (стенки пор), легко смачиваются водой. Поэтому гель и микрокапилляры могут сорбировать ее из воздуха, более крупные поры и неплотности заполняются водой при контакте с ней.

Исключение составляют воздушные поры. Даже при водонасыщении или эксплуатации конструкций в воде они остаются заполненными воздухом. Их стенки образуются цементным гелем, пронизанным капиллярными порами. Вода в них находится под действием капиллярных сил, значительно больших, чем силы тяжести. Поэтому «вылиться» из капилляра в воздушную пору она не может.

Небольшое количество воздуха может также оставаться в капиллярных порах вследствие контракции или защемления при заполнении их водой. Эти включения воздуха и воздушные поры образуют условно-замкнутую пористость (т. е. не заполняемую водой). Она играет важную роль в обеспечении морозостойкости бетона. Но обычно эта пористость невелика, и для ее увеличения прибегают к искусственному вовлечению воздуха.

Добиться полного заполнения пор бетона водой можно искусственными приемами, например его кипячением или вакуумированием. Они иногда используются для определения общей пористости бетона. Обычным водопоглощением (по объему) определяют открытую пористость. Но так как условно-замкнутая пористость обычно невелика, по величине водопоглощения можно приблизительно оценить и общую пористость бетона.