Физико-химические процессы в бетоне монолитных конструкций

Как видно композиции с наличием сажи имеют более стабильные характеристики показателей. Величина разрушающего напряжения ПАБИ с добавками стабилизатора практически не изменяется за три года. У промышленного ПА-6 происходит снижение данного показателя через два года на 40%, после трех лет на 70%. Изменение относительного удлинения при разрыве свидетельствует о том, что у композиций без добавок стабилизатора данные показатели довольно резко снижаются за первый год и далее сохраняются примерно на одном уровне. У композиций с добавками стабилизатора лишь после первого года начинает падать и через три года изменяются не более чем на 20%. Показатели относительного удлинения при разрыве ПА-6 начинают стабильно изменяться в сторону уменьшения сразу же после начала экспонирования.

Таким образом, композиционные материалы на основе полиамидобензимидазолов являются перспективными для строительных целей.

Литература

1. Ильина О.М., Хахинов В.В. Термические свойства полимерных материалов на основе полибензимида-золов // Строительные материалы. - 2004. - №7. - С. 64-65.

Хахинов Вячеслав Викторович, доктор химических наук, Байкальский институт природопользования СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, khakhinov@mail.ru

Khakhinov Vyacheslav Victorovich, Doctor of Chemistry, Baikal Institute of Nature Management SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanovoy St., 6

УДК 624 © И.А. Иванов, Б.К. Сергеев

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В БЕТОНЕ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Исследованы физико-химические свойства бетона при низких температурах.

Ключевые слова: бетон, монолитные конструкции.

I.A. Ivanov, B.K. Sergeev

PHYSICAL-CHEMICAL PROCESSES IN THE CONCRETE OF MONOLITHIC CONSTRUCTIONS

Physical-chemical properties of concrete at low temperatures were investigated.

Keywords: concrete, monolithic constructions.

В настоящее время одним из самых экономичных, быстрых и перспективных, с точки зрения решения архитектурно-строительных задач, является монолитное домостроение. Строительство зданий монолитным способом завоевало заслуженную популярность за рубежом. Свыше 70% зданий возводится этим способом. В нашей же стране монолитное домостроение применяется в три раза реже. Энергичное развитие монолитного домостроения в ряде случаев сдерживается тем, что на значительной части территории страны в течении 6 и более месяцев преобладают отрицательные температуры воздуха, и проведение строительных работ в этих условиях требует использования различных проти-воморозных добавок, или одного из методов зимнего бетонирования с прогревом бетона, или применения специальных вяжущих.

Задачей исследования было с помощью комплексных физико-химических методов изучить влияние различных способов выдерживания в зимнее время на структуру и свойства цементного камня и бетона.

Известно, что при температуре +5оС бетонные смеси резко снижают набор прочности. Все реакции гидратации замедляются. При температуре ниже 0оС химически несвязанная вода превращается в лед и увеличивается в обьеме на 9,7%. В результате в бетоне возникают напряжения, разрушающие его структуру. Замерзший бетон обладает высокой прочностью, но только за счет сцепления замерзшей воды. При оттаивании процесс гидратации возобновляется, но из-за нарушений структуры бетон не может набрать проектной прочности, т.е. его прочность значительно ниже, чем прочность бетона, не подвергавшегося замерзанию. Зкспериментами установлено, что на процесс набора прочности бе-

тона существенно влияют условия твердения. Если бетон до замерзания наберет 30-50% прочности от проектной, то дальнейшее воздействие низких температур не влияет на его физико-механические характеристики.

При визуальном осмотре и при изучении образцов с помощью бинокулярной лупы МБС-2 можно видеть, что контакт разных заполнителей с цементным камнем различный. У крупных обломков с ровными гладкими краями, как правило, наблюдается плохое сцепление с цементным камнем, вокруг них развиваются трещины отслоения, на поверхности заполнителя можно видеть светлые известковые пленки. Обломки, имеющие неровные, зубчатые края, обладают более хорошим сцеплением с цементным камнем, контакт между ними плотный. При изучении прозрачных шлифов при увеличении 56*, 72* можно наблюдать, что трещины развиваются по контакту крупного заполнителя, затем переходят в цементирующую массу, используя наиболее ослабленные места контакта мелкого заполнителя с цементным камнем. При возведении монолитных конструкций в зимнее время в целях предотвращения преждевременного замораживания бетона применяют различные виды опалубки, утепления и греющие элементы. Однако влияние их при всех прочих равных условиях на характер охлаждения бетона мало изучено.

Экспериментальные исследования характера охлаждения бетона проводились на образцах- моделях в зависимости от вида опалубки на строительной площадке в зимнее время. Температура смеси в момент укладки составляла 10-20оС. Бетонные образцы-модели отличались между собой типом опалубки и утепления. Анализ распределения температуры в бетоне образцов-моделей с воздушной прослойкой показывает, что в течение 7 ч после укладки бетонной смеси в холодную опалубку и на холодное основание температура ее резко понижается: достигает 4оС вблизи основания, 11,5оС в средней части опалубки, 10оС в верхней части образца модели. После 13 ч с момента укладки температура бетона в центре понижается до 13оС, а в метеллической опалубке в этот момент температура понижается до 7оС и в некоторых точках наблюдается процесс последовательного замерзания по сечению образца, и уже после 23 ч выдерживая при температуре наружного воздуха 11оС в образце модели полностью замерзает.

В результате тщательного обследования микроскопом ПМБ-2 были выявлены вертикальные трещины на поверхности образца. Образование трещин можно обьяснить замерзанием образца модели на раннем этапе, когда твердые частицы, составляющие бетон, еще не соеденены в единое целое и фактически разобщены тонкими водяными пленками. При действии отрицательной температуры на свежий бетон вода начинает замерзать, тем самым разобщенные твердые частицы соединяются в единую монолитную систему льдом. Процесс замерзания происходит постепенно от периферии к ядру конструкции, замыкая внутренний обьем. Дальнейшее замерзание вследствие расширения материала приводит к повышению давления, могущего достигнуть величины, равной 250 МПа во внутреннем замкнутом обьеме. Наружные замерзшие слои бетона вследствие этого начинают работать на растяжение, в результате чего образуются трещины в поверхностных слоях образца. Температура бетона после укладки у холодного основания остается пониженной по сравнению с температурой в средней и верхней части образца, хотя скорости дальнейшего охлаждения в них практически одинаковы.

В металлической опалубке с воздушной прослойкой полное замерзание наступает после 31 ч выдерживания, причем в период остывания бетона в образце-модели наблюдается выделение экзотермического тепла.Воздушная прослойка опалубки создает благоприятные условия твердения бктона. Тем самым способствует росту его прочности и влияет на сроки распалубки конструкций в зимнее время. Прочность бетона на поверхности образца, выдержанного в металлической опалубке определялась склерометрическим методом после 47 ч выдерживания (в замороженном состоянии) и составляла 53% от R-28, а прочность бетона на поверхности образца, выдержанного в металлической опалубке с воздушной прослойкой, соответственно 61% от R-28.

Изучение характера формирования температурного поля в бетоне и продолжительность остывания образца-модели в фанерной опалубке показывает, что скорость изменения температуры значительно понижается. Продолжительность охлаждения увеличивается, и создаются более благоприятные условия для твердения бетона при положительных температурах. Градиент температуры по сечению образца в фанерной опалубке маленький и значительно отличается от такого в образцах, выдерживавшихся в металлических опалубках, особенно на начальном этапе наблюдения. Тепловыделение бетона увеличивает продолжительность охлаждения образца. Полное замерзание бетона об-

разцов в фанерной опалубке происходит через 40 ч. После укладки смеси. Прочность бетона после 47 ч. Выдерживания составила 43% от R-28.

Анализ продолжительности остывания и характера формирования температурного поля в бетоне образцов, выдерживавшихся в фанерной опалубке с воздушной прослойкой, показывает, что изменение температуры несколько замедляется, особенно в средней и верхней части образца. Первые 2 ч после укладки у холодного основания наблюдается интенсивное охлаждение, после чего скорость уменьшается. Бетон в образце даже после 46 ч выдерживания имеет низкую положительную температуру, и прочность бетона в таком состоянии составила 16% R-28 толщиной 5 см.

Экспериментальные данные показали, что наиболее благоприятные условия твердения бетона создает фанерная опалубка с утеплителем из стекловаты толщиной 5 см. Утепленная опалубка не только замедляет скорость охлаждения, но и благоприятствует тепловыделению бетона. Наиболее интенсивное выделение тепла имеет место в средней части образца: в течение 27 ч температура достигает максимального значения 22,50С. Прочность бетона в поверхностном слое образца после 47 ч. Выдерживания составила более 50% от R-28.

Выводы

Применение металлической опалубки для конструкций средней массивности приводит к быстрому охлаждения бетона. Ранее замораживание его может являться причиной возникновения трещин.

Использование опалубок с воздушной прослойкой удлиняет продолжительность остывания бетона.

Утепленная опалубка является более эффективной, создает благоприятные условия твердения бетона, способствует сокращению срока распалубки конструкций в условиях отрицательных температур.

Иванов Игорь Алексеевич, доктор технических наук, кафедра промышленного и гражданского строительства, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 670013, Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в

Сергеев Баир Карлович, аспирант, кафедра промышленного и гражданского строительства, ВосточноСибирский государственный университет технологий и управления, 670013, Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в

Ivanov Igor Alekseevich, Doctor of Technical Sciences, East-Siberian State University of Technologies and Management, 670013, Ulan-Ude, Kluchevskaya St., 40в

Sergeev Bair Karlovich, postgraduate, East-Siberian State University of Technologies and Management, 670013, Ulan-Ude, Kluchevskaya St., 40в