Проблематика бетона

Несмотря на то, что заполнители занимают три четверти объема бетона, его активной составляющей является цементный камень, поэтому свойства и рабочие характеристики бетона определяются в большей степени свойствами затвердевшего цемента.

Процесс приготовления бетонной смеси связан с добавлением воды затворения, которая впоследствии находится в бетоне во множестве состояний: химически связанная, капиллярная, адсорбированная, цеолитовая и кристаллизационная. Примечательно, что только 15% из общего количества воды, вступает с цементом в химическое взаимодействие. Примерно еще 25% воды остается в физически связанном состоянии. Оставшаяся вода необходима смеси для обеспечения ее удобоукладываемости. Наличие данной «лишней» воды побочно формирует неоднородную пористую структуру в бетоне, ухудшающую в конечном счете его важнейшие характеристики: прочность на сжатие и долговечность. На долговечность бетона прямое влияние оказывает его проницаемость — возможность прохождения воды через материал под давлением. Проницаемость зависит от объема пор, но зависимость эта не равноценна пористости. Именно радиус максимально протяженных пор R∞ влияет на проницаемость бетона.

Возможность оказывать влияние на пористую структуру бетона — одна из основных задач в повышении его качества.

Даже с учетом своей фундаментальности, бетон (бетонная смесь) обладают рядом проблематик, которые обусловлены прежде всего природой самого гидравлического вяжущего:

• Ограниченный временной интервал процессов гидратации недостаточный для тактов проведения работ по бетонированию непосредственно на объектах строительства и сокращающий логистическое плечо доставки товарного бетона.

• Скорость гидратации цемента (следовательно потеря подвижности бетонной смеси) подвержена значительному влиянию от температуры окружающей среды.

  Повышение температуры значительно ускоряет процессы гидратации, приводя к быстрой потере удобоукладываемости и делая смесь непригодной к последующему применению на объектах строительства в летнее время.

  При снижении температуры с 20 до 5 градусов начало схватывания может замедлиться в 2-5 раз. Но особенно резко данный процесс замедления проявляется при снижении температуры ниже 5 градусов. При 0 градусов бетон (бетонная смесь) твердеет очень медленно.

• Бетон материал всегда пористый. Важнейшими с точки зрения гидромеханики свойствами пористых тел являются проницаемость и капиллярность. Пористость может быть как открытой, так и замкнутой, т.е поры могут сообщаться друг с другом или быть изолироваными. Пористость бывает гелевая, капиллярная и макропористость. Проницаемость бетона со временем может снижаться за счет кристаллизации продуктов фильтрации (кольматация пор), но данные процессы непредсказуемы и могут приводить к последующему развитию необратимой коррозии бетона.

• Физико механические характеристики и свойства бетона сильно зависят от применяемого гранулометрического состава и вида заполнителей, используемого вяжущего и В/Ц.

• Подверженность неподготовленных бетонов (особенно классических рецептур) физической и химической коррозии.

• Морозостойкость бетона зачастую бывает недостаточной без специально принятых к этому мер.

  В процессе замерзания капиллярной воды лед давит на стенки капилляра, в связи с чем возрастает давление и капилляр расширяется, а оставшаяся в незамерзшем состоянии вода вытесняется далее в глубь тела бетона. В результате данных процессов бетон разбухает и разрушается.

• Увеличение объема цементного теста с целью повышения удобоукладываемости бетонной смеси не только экономически нецелесообразно, но и как правило снижает последующую прочность бетона.

• Бетонная смесь подвержена расслоению и водоотделению, что сильно снижает физико-механические характеристики особенно верхних слоев бетона в конструкции.

• Бетон подвержен усадке. Усадка зависит от пористости структуры, вида вяжущего и В/Ц. Причины усадки состоят в гидравлическом вяжущем. Механизм усадки связан с испарением воды с поверхности и последующим капиллярным испарением. Чем меньше воды при нормальных условиях твердения, тем меньше будет усадка. Количество испарившейся воды к воде затворения зависит лишь от состава бетона при затворениии от влажности среды. На влажность среды в процессе жизненного цикла бетона значительно оказать влияние вряд ли удастся, а вот на количество воды затворения прямое воздействие оказать можно.

  Усадка является источником возникновения напряжений, которым лучше сопротивление оказывает скелет непрерывного гранулометрического состава. Усадка может вызывать интенсивное образование микротрещин, что повлечет за собой падение механической прочности бетона.

  При последующей нагрузке бетона возникает ползучесть, которая неразделима с усадкой. Ползучесть частично обуславливается движе- нием воды, которому способствует давление, благоприятствующее испарению воды из тела бетона.

• Неконтролируемая потеря влаги критична как для процессов гидратации бетонной смеси, так и для усиливающихся в таких случаях процессов усадки самого тела бетона.

• Процесс гидротации связан с тепловыделением, приводящим к образованию термических трещин массивных конструкций.

Значительного улучшения структуры бетонов и свойств бетонных смесей можно добиться с применением полифункциональных химических комплексов STOFFE на основе суперпластификаторов последнего поколения – поликарбоксилатных эфиров.

Поликарбоксилатные эфиры позволяют обеспечить снижение водосодержания смеси на 25−40%, что приводит к значительной оптимизации цемента, уплотнению структуры бетона, снижению проницаемости, повышению морозостойкости и долговечности бетона.

Рис.2 Механизм действия пластификатора

Поликарбоксилатные эфиры — анионактивные вещества с большим количеством полярных групп и сложной структурой цепей, которые не вступают с компонентами смеси в химические реакции. Адсорбируюясь на зернах цемента и новообразований, поликарбоксилатные эфиры обеспечивают электростерический эффект отталкивания, по силе своей значительно превосходящий электростатическое отталкивание — эффект пластификаторов предыдущих поколений.

Рис.3 Структура тела бетона классической рецептуры

Рис.4 Структура тела бетона с применением продукта STOFFE

В продукции STOFFE поликарбоксилатные эфиры совмещены с модификаторами. Такие комплексы соединений, помимо сильнейшей пластификации обеспечиваеют длительное сохранение подвижности смесей, их стабилизацию, снижают пластическую усадку и обеспечивают динамику набора прочности бетона.

Придание бетонной смеси максимального класса подвижности П5 (по ГОСТ 24211) дает возможность использовать приемущества литых и самоуплотняющихся бетонных смесей, что значительно снижает ресурсную емкость всех этапов от изготовления до укладки.