Прочностные свойства литых бетонов с добавками ПФМ

Анализ имеющихся данных [8, 9, 34] показывает, что введение суперпластификаторов не снижает прочности бетона при дозировке СП, не превышающей «порога эффективности». Это особенно важно, поскольку прочность литых непластифицированных бетонов ниже малоподвижных при В/Ц=const [32]. Последний вывод обусловлен влиянием на прочность бетона не только В/Ц, но и водосодержания, что особенно ощутимо для литых бетонов.

В [32] утверждается, что снижение прочности литого бетона объясняется не увеличением расхода воды затворения, а повышением содержания растворной части в составе бетона, которая создает структуру бетона с плавающим заполнителем. С этим утверждением согласиться полностью нельзя, так как известно [17], что с повышением водосодержания при В/Ц=const увеличивается общая пористость бетона, которая отрицательно сказывается на прочности. При дозировках СП выше «порога эффективности» прочность бетона уменьшается за счет экранирования поверхности гидратирующихся цементных частиц адсорбционной пленкой олигомера [38].

В ряде исследований [8, 9] показано, что прочность литого бетона с добавками СП не снижается при оптимальных дозировках как в ранние, так и в поздние сроки (до 1 года) твердения. Не уменьшается также прочность бетона и при обычно применяемых режимах тепловлажностной обработки [8, 9]. В некоторых исследованиях [38] отмечается более интенсивный рост прочности бетона с добавками СП, особенно в первые сроки твердения, что объясняется интенсификацией гидратации цемента в результате пептизации флокул цементных частиц.

СП вводят в бетонные смеси с целью увеличения подвижности без изменения В/Ц или уменьшения В/Ц при неизменной подвижности. В технологии литых бетонов наибольшее значение имеет введение СП для повышения подвижности при неизменном В/Ц. Большинство исследователей считают, что в этом случае предел прочности бетона при сжатии не изменяется или возрастает на 8...10%. При увеличенных дозировках СП по некоторым данным [2] возможны спады прочности бетона в результате значительного адсорбционного торможения процессов гидратации и твердения цемента. Кроме того, отмечено [2], что па прочность бетона с добавками СП существенно влияют время перемешивания и режим тепловой обработки. Так, установлено [2], что увеличение времени перемешивания с 1 до 3 мин повышает прочность бетона без добавок на 4%, с добавками — на 4...10%, однако при этом подвижность бетонной смеси несколько уменьшается.

При неизменной подвижности СП позволяют сократить расход воды затворения на 20...30% и значительно повысить прочность бетона. Имеются данные [59], что в возрасте 1 сут прирост прочности бетона за счет сокращения расхода воды достигает 50...75%. а в возрасте 28 сут и более 30...45%. Особенно резкий прирост прочности в ранние сроки твердения возможен при расходе цемента 500 кг/м³ и более, когда имеет место выход составов смесей за пределы правила постоянства водосодержания [2]. В ряде работ [5, 34, 40, 61] показана возможность получения бетонов марок 600 и выше на цементах марок 400 и 500 и малоподвижных смесях с умеренным расходом цемента.

Сведения о влиянии СП на прочность бетона при растяжении противоречивы. По одним данным [2, 8] она не отличается от исходной, по другим [54] — несколько возрастает.

В состав добавок ПФМ, оказывающих, кроме пластифицирующего, замедляющее действие на схватывание цемента, входят традиционные лигносульфонатные и гидрофобизующие ПАВ, сахаросодержащне ПАВ и электролиты. Их индивидуальное и комплексное влияние на прочностные свойства бетона также рассмотрено в значительном числе работ [11, 50, 56, 65]. Вместе с тем влияние этих добавок на свойства литых бетонов в композиции с СП достаточно подробно не рассматривалось.

Нами изучены прочностные свойства литых бетонов с добавками ПФМ в диапазоне В/Ц=0,4...0,7 и при использовании мелкого кварцевого песка с водопотребностью 11,5%, а также гранитного щебня фракции 5...20 мм. Во всех составах бетона обеспечивали подвижность бетонных смесей 22... 24 см. Для исследований взяты цементы, различающиеся в основном содержанием алюминатной фазы и активной минеральной добавки. Влияние добавок ПФМ на прочность бетонов при сжатии изучали на образцах-кубах с размером ребра 10 см по ГОСТ 10180—78. Добавки вводили с водой затворения при оптимальном соотношении, установленном ранее. Уплотнение литых смесей осуществлялось под действием собственного веса без вибрации.

Прочность бетона па растяжение определяли па кубах методом раскалывания. Расчетные параметры составов литых бетонов приведены в табл. 16, а результаты испытаний — в табл. 17, 18 и на рис. 25—28.

Таким образом, можно отметить, что введение в литые бетоны С-3 без дополнительных модифицирующих компонентов не изменяет сколько-нибудь существенно прочности бетона на сжатие как в раннем, так и в более позднем возрасте. При использовании низкоалюминатного цемента появляется тенденция к некоторому повышению прочности, достигающему к возрасту 28 сут около 5%. Более значительно растет прочность при растяжении: к 28 сут этот прирост достигает 10%.

При повышенном содержании трехкальциевого алюмината в цементе введение С-3 может вызывать некоторый недобор прочности бетона, особенно в раннем возрасте.

При анализе влияния добавки СП на прочность бетона в условиях постоянного В/Ц следует учитывать и положительные, и отрицательные факторы. Положительным фактором, способствующим увеличению прочности бетона, является снижение водосодержания бетонной смеси. К настоящему времени показана необходимость учета при расчетах прочности водосодержания [65]. Так, в результате математической обработки [65] экспериментальных результатов [57] получена формула прочности

где А_з — коэффициент, зависящий от вида крупного заполнителя и содержания в нем пылевидной фракции; В — водосодержание смеси, кг/м³.

С учетом рекомендаций [65] по влиянию водосодержания формула прочности Н. М. Беляева приобретает вид

где для кондиционных заполнителей А=1, для гравия А=0,9, для пропаренного бетона А=0,7.

В таком виде эта зависимость отвечает основным предпосылкам закона прочности теории искусственных строительных конгломератов [55]. Необходимость учета водосодержания вытекает из основных представлении современной структурно-физической теории прочности бетона как капиллярно-пористого материала. Общий объем пор бетона зависит и от B/Ц, и от водосодержания, что в наибольшей мере характерно для литых бетонов.

Роль клея в бетоне выполняет цементный камень, прочность которого снижается с ростом его пористости. Объем пор цементного камня в бетоне

где ? — степень гидратации цемента.

При В/Ц=const увеличение расхода воды, а значит, и цемента, что следует из (3.6), при неизменном качестве заполнителей приводит к росту (В/Ц)_и, т. е. объема пор. Иначе говоря, качество цементного клея ухудшается. Таким образом, (В/Ц)_и как структурная характеристика применительно к литым бетонам является более интегральной, чем общее В/Ц, т. е. чувствительной к изменению общего водосодержания и ряда других технологических факторов.

Представления о влиянии (В/Ц)_и позволили предложить структурный критерий прочности бетона в виде отношения объема цементного камня в бетоне v_ц.к при заданном значении (В/Ц)_и к суммарному объему пор бетона v_пор [18]:

где В—0,21?Ц — общая пористость цементного камня в бетоне [17]; v_пор.з, v_в — пористость заполнителя и пористость, образованная вовлеченным воздухом.

Предполагали, что изменение структуры цементного камня будет учитываться изменением пористости в зависимости от степени гидратации ?. Однако, нетрудно показать, что изменение ? в допустимых пределах ведет к незначительному изменению L и, соответственно, прочности бетона. Кроме того, критерии L не стремится к нулю даже при ничтожно малых значениях ?, т. е. он может изменяться в широкой области для бетона, еще не обладающего механической прочностью. Это приводит к тому, что данный критерий может быть удовлетворительным при (В/Ц)_и=const лишь для бетона определенного возраста.

Создать критерий прочности, учитывающий все множество факторов, на современном этапе развития науки о бетоне невозможно и вряд ли целесообразно. Такой критерий был бы чрезмерно сложным для практического использования. При структурно-критериальном подходе задача заключается в том, чтобы в выражении критерия учесть наиболее значительные интегральные параметры, с которыми связано определенное свойство бетона. Все остальные факторы можно учитывать косвенно, используя коэффициенты критериальных уравнений, которые находят с помощью обычных вероятностно-статистических методов при конкретизации определенных условий (вида бетона, качественных особенностей исходных компонентов, добавок и т. д.).

В (4.4) учтены три важнейших структурных параметра, характеризующих макро- и микроструктуру бетона: объемное содержание цементного камня, (В/Ц)_и и общая пористость. Однако прочность бетона неоднозначно связана с объемным содержанием цементного камня, которое может увеличиваться или уменьшаться с ростом пористости в зависимости от одновременного изменения пористости цементного камня в бетоне, определяемой значением (В/Ц)_и. Объемное содержание цементного камня в бетоне как структурный параметр в критерии прочности имеет и другой недостаток: оно не отражает содержания цементирующих гидратных новообразований. Учет его в критерии при определенной пористости бетона является косвенным и недостаточным. С увеличением степени гидратации уменьшается не только пористость цементного камня, но и доля непрогидратированной части цементного камня, что никак не отражается в (4.4). Итак, можно считать целесообразным в выражении критерия L заменить объемное содержание цементного камня в бетоне при (В/Ц)_и=const на отношение объемного содержания гидратированного цемента к пористости цементного камня в бетоне. Данный структурный параметр лишен рассмотренных недостатков.

Основываясь на изложенных выше теоретических представлениях, примем рабочую гипотезу для формулирования структурного критерия: прочность бетона на сжатие пропорциональна предложенному параметру качества цементного камня К_ц.кv_г.ц в бетоне и обратно пропорциональна общему объему пор бетона [23, 24, 29]:

где L_R — структурный критерий прочности бетона; v_г.ц — объем гидратированного цемента; v_пор — объем пор в бетоне; К_ц.к — коэффициент качества цементного камня.

Объем гидратированного цемента в единице объема бетона

где К_г=2,09...2,2 — коэффициент увеличения объема продуктов гидратации; ?_х — степень гидратации цемента в бетонной смеси при данном (В/Ц)_и; V_ц=0,322 дм³/к г — удельный объем цемента. Таким образом,

Показатель качества цементного камня в бетоне К_ц.к, очевидно, прежде всего зависит от его общей пористости

Тогда можно принять


Отношение объема продуктов гидратации цемента в цементном камне к его пористости характеризует по существу «несущую способность» цементного камня в бетоне, на которой сказываются особенности цемента (через степень гидратации ?_х), его расход в бетоне, НГ цемента, В/Ц бетонной смеси и водопотребность заполнителей (через (В/Ц)_и).

Общий объем пор в бетоне


где ?v_п.д — суммарный объем дополнительных пор в бетоне, образованный вовлеченным воздухом v_в, нехваткой цементного теста при контактной структуре v_п.ост и т. п.; v_п.ост=1000—Ц/?_ц—В—v_з—v_в — объем остаточных пор бетона. Он характерен для контактной структуры, встречающейся в малоцементном бетоне.

Абсолютный объем заполнителя можно ориентировочно найти из условия

где Р_а — пустотность заполнителя в уплотненном состоянии; u_з — удельная поверхность, м²/м³; ?_min — условно необходимая для склеивания зерен заполнителя минимальная толщина пленки цементного теста [1].

Таким образом, окончательно выражение структурного критерия прочности бетона можно записать в виде

Критерий прочности бетона L_R можно рассматривать как отношение параметра «несущей способности» цементного камня в бетоне с учетом иммобилизации части воды заполнителями к общему объему пор бетона. В отличие от критериев прочности цементного камня, из которых наиболее совершенны критерии, предложенные в [12, 63], L_R позволяет дополнительно оценить влияние на прочность бетона при постоянном общем В/Ц ряда факторов, сказывающихся на перераспределении воды в бетоне между цементным тестом и заполнителями: крупности заполнителей, их формы и характера поверхности (через изменение их водопотребности), соотношения крупного и мелкого заполнителей, содержания цементного камня, НГ цемента. Введение в критерий L_R через выражение (В/Ц)_и фактора НГ открывает возможность учета влияния на прочность бетона ряда особенностей цемента. При повышенном содержании минеральных добавок в цементе, как известно, растет показатель НГ. Это, в свою очередь, должно, как следует из (3.18), увеличивать значение (В/Ц)_и и при постоянных значениях общего В/Ц и степени гидратации уменьшать значения критерия L_R и соответственно прочность бетона.

В [12] выявлен фактор предельно безопасного содержания любого гидратного вяжущего в смеси с водой. Превышение такого содержания создает предпосылки к падению прочности камня и даже к его саморазрушению. Эффект саморазрушения объясняется [12] давлением зародышей новообразований внутри сложившейся структуры цементного камня в условиях повышенного содержания вяжущего и развития гидратации по мере поступления воды из внешней среды. Деструктивные явления в высококонцентрированных системах хорошо объясняются с позиции теоретических представлений о собственных напряжениях в цементном камне [63].

Для портландцемента предельно минимальные показатели объемов абсолютной пористости гидратов, достигаемые при твердении в нормальных условиях, составляют

Легко найти, что предельно безопасное В/Ц цементного камня при использовании портландцемента должно иметь значение (В/Ц)_и=(0,395...0,365)?.

Чтобы применять критерий L_R для прогнозирования прочности бетона в нормальных условиях, необходимо, очевидно, выполнять ограничение

Если учесть, что стабилизация прочности цементного камня наступает обычно при ?=0,6...0,7 [12], то (В/Ц)_пр=0,21...0,27. Характерно, что приведенные предельно безопасные значения В/Ц цементного теста соответствуют и минимально возможным его значениям из условия формования К_м.в, при которых в обычных условиях может образоваться коагуляционная структура: К_м.в=0,876 К_н.г.

При технологических приемах, обеспечивающих формование изделий в условиях особо низкого водосодержа-ния, предельно безопасные значения В/Ц, по-видимому, могут быть иными. В [69] описано, как способом горячего прессования при давлении 175...700 МПа, температуре 100—250°С и использовании цементного теста с В/Ц=0,093 достигнута прочность в возрасте 1 сут в пределах 198...576 МПа, а после выдержки 28 сут во влажной среде 662 МПа. Пористость образцов горячего прессования составила 1,78...5,05%, степень гидратации 0,29...0,37. Характерно, что удельный объем продуктов гидратации оказался таким же, как и в тесте нормального твердения, т. е. (0,403±0,006) см³/г. Имеется предположение [18] о возможности образования при описанных выше условиях в основном внутреннего гидросиликата, более плотного и прочного, чем внешнего.

По Кондо и Даймону, внутренние продукты гидратации трехкальциевого силиката образуются в пространстве, первоначально занятом цементными зернами, в основном за счет топохимических процессов; внешние — через раствор в пространстве, первоначально занятом водой [18].

В выражении критерия L_R нет экстремума, возникающего с некоторого предела содержания вяжущего при пониженных (В/Ц)_и. Положение такого экстремума, по-видимому, может смещаться в значительном диапазоне и при некоторых условиях соответствовать объему капиллярных пор, близкому к нулю.

Из критерия L_R следует, что разрушение бетонов должно произойти при (В/Ц)_и.кр=0,2?. Разумеется, этот вывод следует принимать с известной степенью приближения. В [12] показано, что образцы, изготовленные из разных цементов при В/Ц=0,1...0,15 и хранившиеся в воде, достигнув через 1...2 года максимальной прочности, в последующем обнаруживают ее уменьшение. Очевидно, всегда (В/Ц)_и.пр>(В/Ц)_и.кр.

Из зависимости (3.6) между В/Ц бетона и цементного камня в бетоне — (В/Ц)_и — представляется возможным расчетным образом оценить предельно безопасные значения В/Ц бетона. Они будут изменяться в зависимости от факторов, определяющих водопотребность заполнителей, состава бетона и НГ цементного теста.

При оценке полученных значений (В/Ц)_и.пр следует учитывать явления релаксации внутренних напряжений в цементном камне и перекристаллизации гидратов [12], что может позволить уменьшить допустимые значения В/Ц. Как правильно указывается в [12], лишь длительные исследования прочностных и деформационных свойств цементного камня и бетонов при низких значениях В/Ц из цементов различного минералогического состава и дисперсности смогут дать окончательный ответ на вопрос о допустимых нижних пределах В/Ц, при которых обеспечивается полная долговечность твердеющих систем.

Предлагаемый структурный критерий прочности бетона хорошо соответствует общему закону прочности оптимальных структур для искусственных конгломератов [55]. Сущность этого закона заключается в том, что произведение прочности конгломерата оптимальной структуры на его фазовое отношение С*/Ф в n-й степени является величиной постоянной:

где R*_ц.к и R_б — прочность цементного камня и бетона оптимальной структуры при.принятой технологии изготовления и в определенном возрасте; С*/Ф и С/Ф — соответственно фазовые отношения, а применительно к бетону — В/Ц цементного камня и бетона.

Соотношения В/Ц цементного камня и бетона при одинаковой степени гидратации равнозначны соотношению объемов их пор. Для цементного камня в бетоне и бетона

где В_и и В — водосодержание цементного камня и бетона. При отсутствии дополнительно вовлеченного воздуха (?v_п.д=0)

Выражение закона прочности бетона оптимальных структур представим в виде

Рассмотрим бетон как структуру «конгломерат в конгломерате». Для цементного камня в бетоне выражение прочности запишем следующим образом:

где R*_г — прочность полностью гидратированного цемента (цементного геля), представляющая собой при постоянной минералогии цемента некоторую условную константу; v^г_пор — объем пор геля с учетом контракционного объема.

Раскрыв в (4.18) значения пористости, получим формулы прочности цементного камня в бетоне

Таким образом, прочность цементного камня в бетоне в наиболее общем виде

где А?0,448ⁿR_г — некоторая константа.

Выражение


можно принять в качестве критерия прочности цементного камня, который близок по физическому смыслу к критериям Фере и Пауэрса. Значение константы n₁?2. При определенной степени гидратации цемента формула (4.21) приближается к формулам Фере, Графа и другим [50], устанавливающим степенную зависимость прочности цементного камня и бетона от В/Ц при показателе степени, близком к двум. Значение константы А зависит от минералогического состава цемента, условии твердения и ряда других факторов. При n₁?2 и R_г?200 МПа А?40 МПа.

Известен ряд других формул прочности цементного камня, основанных на структурной теории (7, 12, 23, 50, 63]. Так, для этой цели предложена зависимость [50]

с=2,6...3,0 — показатель степени, характеризующий особенности цемента.

Для вычисления прочности цементного камня рекомендована зависимость [63]

На рис. 29 представлены кривые прочности цементного камня в зависимости от В/Ц при ?_х=0,5, рассчитанные по (4.20), а также по (4.22) и (4.24). При вычислениях принято значение показателя с?2,6, плотность цемента ?_ц=3,1 г/см³. Как следует из рис. 29, прочность цементного камня по (4.20) имеет промежуточное значение, которое, очевидно, может колебаться в зависимости от минералогии цемента.

Формула (4.21) и выражения (4.15), (4.16) позволяют, основываясь на (4.14), получить

где А — коэффициент пропорциональности.

Показатель степени n по данным [55] зависит от структуры бетона, содержания заполнителей, их вида и т. д. Его значение для тяжелого бетона в среднем приближается к единице. При n₁?2 и n?1

Структурно-критериальная интерпретация закона прочности искусственных строительных конгломератов оптимальных структур применительно к цементному камню и бетону позволяет вскрыть физическую сущность некоторых основных понятий теории ИСК [55].

Из выражения критерия прочности цементного камня l_ц.к следует, что максимальное значение прочности должно достигаться при объеме капиллярных пор, близком к нулю. Приняв формулу капиллярной пористости Г. И. Горчакова [17], можно утверждать, что значение экстремума прочности цементного камня наблюдается при В*/Ц=0,5?. По формуле Г. К. Пауэрса [50], включающего в понятие «капиллярные поры» и контракцнонный объем, В*/Ц=0,42?. Учитывая, что в возрасте 28 сут ?=0,5...0,6 [17], значение В*/Ц должно колебаться в интервале 0,2...0,3, что соответствует экспериментальным данным [55]. В общем случае выражение, соответствующее максимальной прочности, В*/Ц=0,5?а, где а — коэффициент, отражающий влияние дисперсности цемента и гидратных новообразований, дефектности кристаллов, напряжения их срастания. При В/Ц

Прочность искусственных строительных конгломератов уменьшается по мере введения заполнителя Это обусловлено увеличением необходимого В/Ц в результате иммобилизации воды поверхностью заполнителей до выравнивания в системе потенциалов переноса. При переходе от оптимальной структуры цементного камня к оптимальной структуре бетона необходимое В/Ц можно найти из (3.6):

При этом предполагается одновременно выполнять условие минимизации водопотребности бетонной смеси

Любое отклонение от сформулированных выше двух условий оптимальности вызывает снижение прочности бетона при определенном соотношении объемов цементного теста и заполнителей. Закон прочности бетона оптимальных структур, являющийся частным случаем более общего закона теории ИСК [5], учитывает эти условия, чем он принципиально и отличается от закона В/Ц.

Совпадение экстремальных значений различных показателей свойств бетона при оптимальной структуре бетона в соответствии с законом створа ИСК [55] обусловлено объективными физическими закономерностями. В частности, совпадение экстремумов прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, теплопроводности и ряда других свойств бетона при определенном содержании и соотношении заполнителей, а также неизменной технологии оказывается неизбежным при минимально возможном объеме капиллярных пор. Отклонение В/Ц как в меньшую, так и в большую сторону должно снижать показатели свойств в результате уменьшения контракционной пористости, объема гидратированного цемента, недоуплотнения, деструктивных явлений и т. д. (левая ветвь кривых), а также увеличения капиллярной пористости (правая ветвь).

При расчете критерия L_R необходимо наряду с данными для определения (В/Ц)_и знать значение ах.

Для установления соответствия степени гидратации цементного камня в бетоне (растворе) и чистого цементного камня при (В/Ц)_и=(В/Ц)_ц.к выполнены специальные опыты.

Степень гидратации чистого цементного камня и цементного камня в цементно-песчаном растворе 1:3 находили по методике определения количества связанной воды при (В/Ц)_и=(В/Ц)_ц.к=0,30 на портландцементе Здолбуновского ЦШК (М500, НГ=27%, К_н.г=0,27). Песок — Вольский, В_п=4%. Расходы цемента и песка: Ц=500 г, П=1500 г. В/Ц раствора можно найти из (4.25):

Обезвоживание производили безводным этиловым спиртом, образцы-кубики (2x2x2 см) цементного камня и раствора после хранения в нормальных условиях измельчали до прохода через сито № 008, прокаливание осуществляли при температуре 1000°С. Найдя количество химически связанной воды при определенной продолжительности гидратации и полной гидратации, легко рассчитать степень гидратации. Значения степени гидратации для цементного камня составили: в возрасте 7 сут — ?_х=0,5, в возрасте 28 сут — ?_х=0,58; для раствора соответственно ?_х=0,48; 0,57.

Следовательно, при (В/Ц)_и=(В/Ц)_ц.к степень гидратации цемента в цементном камне и растворе с высокой степенью приближения можно считать одинаковой [29].

В основном диапазоне составов бетонов (В/Ц)_иц.к

Обозначим ?, в отличие от ?_х, как степень гидратации цементного камня при В/Ц=0,5, т. е. когда возможна полная гидратация (?_max=1).

Специально проведенные исследования по нахождению степени гидратации быстротвердеклцего среднеалюминат-ного портландцемента Здолбуновского ЦШК. (S_уд=2800 см²/г) методом определения химически связанной воды показали (табл. 19), что в общем виде зависимость ?_x=f(?) можно представить выражением

где m — константа, зависящая от возраста бетона, минералогии цемента и других факторов.

Для исследованного портландцемента при продолжительности гидратации ?=3 сут константа m=0,15; 7 сут 0,2; 28 сут 0,25; 90 сут 0,55; 180 сут 0,8. При ??? m=1.

Анализ (4.32) и табл. 19 показывает, что при продолжительности нормального твердения до 28 сут отношение ?(В/Ц

Для практического использования критерия L_R (4.29) удобно выражать а через стандартную величину. Наши исследования показали, что прочность цемента R_ц в определенном возрасте, найденная по ГОСТ 310—76, связана со степенью гидратации а эмпирической зависимостью степенного вида

где R_ц.о и n — константы для данного вида цемента, причем R_ц.о можно интерпретировать как некоторую условную прочность цемента при полной гидратации (?=1).

Для определения R_ц.о и n нами поставлены опыты на портландцементе Здолбуновского ЦШК, который можно отнести [37] к нормальным (C₃S=58%) среднеалюминатным (С₃А=7...8%) цементам марок 400 (удельная поверхность 2800 см²/г) и 500 (удельная поверхность 3200 см²/г). Опыты проводили без и с введением пластифицирующей добавки СДБ (табл. 20).

Значение R_ц.о, найденное графической экстраполяцией, оказалось равным 165 МПа, n=2. Расчетное значение степени гидратации можно найти по (4.33):

Для широкого практического применения структурного критерия, очевидно, необходимо уточнение R_ц.о и n для различных видов цемента.

На связь степени гидратации с активностью цемента указано в [6, 12, 46, 63]. В [63] предложено для приближенного определения степени гидратации использовать эмпирическую формулу

где d_отн — относительная плотность цементного камня.

Раскрыв в (4.35) значение относительной плотности, се легко при ?_ц=3,1 кг/л и В/Ц=0,4 привести к эмпирической формуле R_ц=25(1+0,71?)², которая-так же, как и формула (4.33), однозначно связывает активность цемента со степенью гидратации зависимостью степенного вида. Формула (4.35) дает несколько завышенные значения и при цементах высокой активности (R_ц?50 МПа).

Интерпретация закона прочности [55] через критериальное уравнение (4.27) позволяет отразить ряд технологических закономерностей и, в частности, влияние таких факторов, сказывающихся на перераспределении воды в бетоне между цементным тестом и заполнителями, как крупность заполнителей и их соотношение, содержание цементного камня, дисперсность цемента и др.

Рассмотрим, например, изменение прочности бетона в возрасте 28 сут, изготовленного с применением портландцемента активностью 42,5 МПа при содержании цемента 300 кг/м³, песка 600 кг/м³ и щебня 1200 кг/м³, а также при изменении водопотребности песка с 6 до 9% и НГ цемента с 25 до 29%. Водопотребность щебня 2%. Для обеспечения заданной подвижности увеличено водосодержание бетонной смеси с 170 до 195 кг/м³.

Расчеты прочности бетона выполним по (4.26). Значение (В/Ц)_и найдем из (4.28). Для установления степени гидратации цемента в бетонной смеси используем (4.34), приняв m=0,25,

Как показывают расчеты, изменение качества исходных материалов снизило прочность бетона с 29,5 до 24,2 МПа. Повышение точности расчетов достигается применением критериальных уравнений типа [24]

где a и b — эмпирические коэффициенты, учитывающие в основном влияние механических и адгезионных особенностей заполнителей.

Работами Б. Г. Скрамтаева в соответствии с его второй гипотезой прочности показано, что для тяжелого бетона при использовании заполнителей с прочностью, существенно превышающей прочность бетона, последняя определяется в основном прочностью цементного камня. Этот вывод был затем развит и углублен в [4, 22, 63], а также другими исследователями. Наиболее существенно влияние заполнителей сказывается через сцепление зерен с цементным камнем. Теоретически доказано, что более прочные, чем цементный камень, заполнители влияют на прочность бетона при осевом сжатии только в том случае, если до момента разрушения сохраняется их сцепление с ним. Расчетным путем прогнозировать сцепление заполнителей с цементным камнем на стадии проектирования составов пока не представляется возможным; это приходится учитывать коэффициентами критериального уравнения. Критерий L_R позволяет [23, 24] получать уравнения высокой разрешающей способности, его легко находить и удобно применять в технических расчетах.

Введение СП, снижая общее водосодержание литых бетонных смесей при В/Ц=const, должно положительно сказываться ка их структуре, качестве цементного клея и контактной зоны. Вместе с тем адсорбционный характер действия добавок СП, как и других ПАВ, оказывает определенное стабилизирующее влияние на рост прочности бетонов. Этому в некоторой степени способствует воздухововлечение. Результирующий эффект, как видно из табл. 17, 18, зависит от содержания С₃А в цементе, возраста и состава бетона (см. рис. 25—28).

Адсорбционное модифицирование структуры бетона при введении добавок СП и других ПАВ положительно сказывается на прочности бетонов при растяжении [12, 55]. Из табл. 17, 18 следует, что во всех случаях в возрасте 28 сут прочность бетонов с добавкой СП при растяжении не меньше, а при использовании низкоалюминатного цемента — существенно выше, чем без добавки. Кроме адсорбционного модифицирования структуры улучшению прочности при растяжении, должно способствовать увеличение адгезионной способности частиц [22]. Прочность агрегированных материалов, к которым относится бетон, связана с двумя видами сцепления между отдельными частями системы [62]. Один вид сцепления возникает в результате химических и коллоидных превращений и, следовательно, обусловлен наиболее прочными молекулярными силами, а другой — силами трения. Благодаря улучшению однородности пластифицированных цементных систем, при их укладке увеличивается площадь фактического контакта между цементным камнем и заполнителем, что должно содействовать развитию обоих видов сцепления.

Введение кроме СП компонентов, стабилизирующих подвижность бетонной смеси, неодинаково сказывается на кинетике роста прочности. Все они в большей или меньшей мере снижают наиболее раннюю прочность бетона возрастом 3 и 7 сут. Особенно это ощущается при введении ПФМ с наиболее сильными замедлителями схватывания: фосфатами, бурой, сахаросодержащими ПАВ. Все эти замедлители, как показано ранее, сильно снижают растворимость алюминатных фаз цемента, в значительной степени определяющих раннюю прочность бетона. Характерно, что стабилизирующее влияние на раннюю прочность бетона сахаросодержащих добавок существенно ослабляется при переводе сахаров в сахараты кальция (добавка ИСС). В свете выдвинутой ранее гипотезы, при введении сахаросодержащих ПАВ в виде сахаратов кальция сохраняется адсорбционный характер действия замедлителя, но снижается его химическая активность, приводящая к уменьшению перенасыщения цементного теста гидроксидом кальция.

Несмотря на определенный эффект торможения роста прочности к возрасту 3 и 7 сут в последующие сроки прочность бетона на сжатие с добавками ПФМ, особенно при использовании низкоалюминатного цемента, не уступает прочности бетона без добавок (см. рис. 18). Можно отметить, что интенсивность роста прочности от 3 к 28 сут наиболее высокая при использовании сахаросодержащих ПФМ. Этот вывод согласуется с данными (9), где рассмотрены особенности гидратации цементов с добавкой сахарной патоки. Установлено, что в первые двое суток контракция цемента без добавки идет активнее, чем цемента с добавками, а затем наоборот. К возрасту 28 сут контракция цементного камня с добавкой 0,2% сахарной патоки достигла 120% значения, соответствующего цементу без добавки [49].