книги / Мониторинг состояния цементобетонных дорожных конструкций

Примечание: 1) относительное отклонение (х7), представленное таблице,

водопоглощения (W*, %) бетонов, испытывающего воздействие климатической среды, за чертой – (W, %) бетонов, которые после изготовления твердели в нормальных условиях.

Снижение водопоглощения бетонов, которые после изготовления твердели в нормальных условиях, во времени с достаточной точностью может быть аппроксимировано прямой в логарифмическом масштабе. При этом интенсивность изменения водопоглощения пропаренных бетонов меньше, чем непропаренных. Влияние условий климата на изменение водопоглощения приводит к изменению ранее рассмотренной зависимости, искажает её, причем скачки на графике совпадают с экстремальными климатическими условиями, приводя в конечном счете в возрасте 1,5 лет к увеличению водопоглощения в 3,2; 2,0 и 1,15 раз по сравнению с бетонами нормального твердения. На пропаренные бетоны условия климата влияют в меньшей степени.

Бетоны, пластифицированные добавкой ПЯ-01, характеризуются большими значениями W при твердении в нормальных условиях и меньшими значениями при твердении под воздействием климата.

101

Для всех бетонов, испытывающих воздействие климатической среды, характерно уменьшение водопоглощения начиная с 3-месячного возраста.

Анализ данных, приведенных в табл. 3.12, выявил, что в бетонах не пропаренных и пропаренных, испытывающих воздействие климатической среды, процесс деструкции является доминирующим (относительное отклонение водопоглощения x7 с возрастом увеличивается).

Анализ статистической значимости подтвердил значимость различий между составами 1 и 2, 1 и 3 бетонов и выявил значимость различий меж-

путем аналогичного анализа по другим характеристикам не была установлена. Следовательно, водопоглощение отражает информацию о процессах, происходящих в бетонах под воздействием климатической среды, не отображенную другими рассмотренными характеристиками (R, Rb,

Rcrc0 , Rcrcv , Eb, ν) и характеризует в какой-то степени развитие и накопление микродефектов бетона под воздействием климата.

3.5. Исследование влияния климата на процесс твердения цемента

Исследование производилось путем сопоставления бетона с добавкой пластификатора ПЯ-01, подвергнутого тепловлажностной обработке

ив дальнейшем твердевшего в условиях воздействия реальной климатической среды, с тем же бетоном нормального твердения. На рентгенограмме вяжущей части бетона (рис 3.2), хранившегося 10 дней на солнце,

обнаруживаются линии межплоскостных максимумов: Са(ОН)2, (4,92; 3,11; 2,62; 1,93; 1,79; 1,68А и др.), СаСО3 (3,03; 2,45; 2,08; 1,91; 1,81А

идр.), кварца (перешедшего при отборе вяжущей части бетона) (4,25; 3,33; 2,45; 2,28; 2,11; 1,81; 1,54А и др.), негидратированных минералов портландцементного клинкера С3S и С2S (2,78; 2,74; 2,27; 2,18 А и др.).

Вбетонных образцах, твердевших в течение одного месяца под воздействием климата, наблюдается увеличение интенсивности линий, относящихся к гидрату окиси кальция и кальциту; интенсивность линий негидратированных минералов цементного клинкера уменьшается.

Твердение под воздействием климата в течение 6 месяцев приводит

к уменьшению интенсивности линий Са(ОН)2; линии, относящиеся к негидратированным минералам, остаются почти без изменений. Это объяс-

102

няется тем, что при хранении образцов под воздействием климата в течение месяца идет интенсивная гидратация клинкерных минералов за счет влаги, содержащейся в бетонном образце, с образованием Са(ОН)2.

Рис. 3.2. Рентгенограммы вяжущей части бетонных образцов

103

Карбонизация бетона шла в поверхностном слое, и поэтому резкого увеличения содержания кальцита в образцах не наблюдается. В бетоне, твердевшем под воздействием климата больше одного месяца, влажность уменьшается, и процесс гидратации приостанавливается. Поэтому к 6-ме- сячному сроку твердения содержание негидратированных минералов остается на том же уровне, что и в образцах одномесячного твердения.

Рентгенограммы вяжущей части бетона (рис. 3.2), твердевшего 10 дней в камере нормального твердения, по составу новообразований соответствуют рентгенограммам образцов, твердевших под воздействием климата. Так, на рентгенограмме присутствуют линии межплоскостных расстояний, характерные для углекислого кальция, кварца, негидратированных минералов цементного клинкера С2S и С3S, и довольно большие максимумы, соответствующие гидрату окиси кальция.

С увеличением времени твердения максимумы, относящиеся к гидрату окиси кальция, возрастают, а максимумы, характерные для негидратированных минералов цементного клинкера, уменьшаются. К шести месяцам нормального твердения количество Са(ОН)2 в пробе такое же, как в пробе одномесячного твердения, а содержание негидратированных минералов совсем незначительно.

Следовательно, воздействие климатической среды не изменяет качество новообразований, но меняет их количество. Процесс гидратации цемента под воздействием климата протекает интенсивно в течение примерно одного месяца, потом практически останавливается, что является одной из причин снижения интенсивности или затухания, роста прочности во времени.

Кривые ДТА (рис. 3.3) вяжущей части бетона 10-дневного твердения под воздействием климата обнаруживают три эндотермических эффекта.

Первый эндоэффект, имеющий место при 100–300 °С, соответствует дегидратации двуводного гипса, эттрингита и гидросиликатов кальция.

Второй эндоэффект – при температуре 450–550 °С – соответствует дегидратации гидрата окиси кальция.

Третий эффект наблюдается в интервале температур 800–900 °С и соответствует декарбонизации углекислого кальция.

Данные ДТА показывают, что с увеличением времени твердения под воздействием климата значительно усиливаются эффекты дегидратации и декарбонизации, что подтверждается результатами рентгенографического анализа.

104

Таблица 3.13

Содержание свободной извести, связанной и свободной воды в вяжущей части бетонных образцов в разных условиях твердения (в % от пробы вяжущей части бетона)

Рис. 3.4. Кривые ДТА вяжущей части бетонных образцов, твердевших в камере нормального твердения: 1 – 10 суток; 2 – 30 суток; 3 – 180 суток

106

и связанной воды в нем значительно больше, чем в пробе бетона, твердевшего на солнце (8,43 и 7,44 против 5,77 и 4,85 %).

Эти данные подтверждают, что скорость и глубина гидратации бетона находятся в исключительной зависимости от условий твердения. Бетоны нормального хранения твердеют лучше, чем под воздействием климата, и в них идет более глубокая гидратация, что подтверждается появлением больших количеств гидратных новообразований. Процесс гидратации цемента под воздействием климата в возрасте примерно одного месяца приостанавливается, и не исключается снижение количества уже связанной воды при дальнейшем воздействии климатической среды. Количество новообразований меньше.

3.6.Исследование влияния климата на структуру

ихарактер новообразований цементобетона

Результаты петрографического анализа показывают, что реальные климатические воздействия оказывают существенное влияние на структуру бетона (табл. 3.14).

107

Так, в пропаренных бетонах под воздействием климата уменьшилось количество новообразований, в 2 раза больше непрогидратированных реликтов, увеличились пористость и размеры пор, количество микротрещин, преимущественно полых или частично заполненных новообразованиями (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Микроструктура цементного камня (×10 000) пропаренного бетона, твердевшего 34 месяца в нормальных условиях (а) и под воздействием климата (б), и микроструктура цементного камня бетона с добавкой ПЯ-01, твердевшего 34 месяца в нормальных условиях (в) и под воздействием климата (г)

108

Аналогичный характер имеет влияние климата на структуру бетона, пластифицированного добавкой ПЯ-01 (см. табл. 3.14), но при этом обращает на себя внимание уменьшение новообразований, увеличение количества непрогидратировавших реликтов, увеличение пористости и размеров пор и для бетона, твердевшего в нормальных условиях.

В отличие от бетонов, твердевших под воздействием климата, в бетонах нормального твердения контакты заполнителя с цементным камнем более плотные, макротрещины полностью или частично заполнены новообразованиями (рис. 3.5, а). Во всех случаях содержание заполнителя составляло 70–75 %, минеральный состав заполнителя одинаков. Структура цементного камня макрозернистая. Текстура относительно пористая, трещиноватая. Реликты представлены сростками-агрегатами высокоосновного и низкоосновного силикатов кальция размером 5–25 микрон.

Гидратные процессы прослеживаются относительно равномерно. Из новообразований отмечены гидрогель, гидросиликаты, гидроокись кальция, гидросульфалюминат и в незначительном количестве вторичный карбонат.

Гидрогель представлен мельчайшими частицами слабобурого цвета. Гидросиликаты и гидроокись кальция представлены мельчайшими зернами 1–2 мкм, наблюдаемыми в цементном камне, реже на контактах

заполнитель – цементный камень.

Гидросульфалюминат представлен зернами нитеобразной, игольчатой формы размером 1–10 микрон, наблюдается, преимущественно на контакте, цементный камень-заполнитель в микротрещинах, реже в цементном камне.

Вторичный карбонат наблюдается вокруг мелкого заполнителя и коррозирует его.

Микротрещины наблюдаются преимущественно на контактах заполнитель – цементный камень, а в бетонах, подвергшихся воздействию климата, они нередко переходят в цементный камень, образуя как бы трещиноватую структуру.

Поры в основном круглые, изометричные, реже овальные, закрытые и лишь изредка сообщающиеся. Отдельные поры в бетонах, подвергшихся воздействию реальной климатической среды, соединены микротрещинами.

Наиболее плотная структура характерна для пропаренных образцов с добавкой нормальных условий твердения (см. рис. 3.5, а, в). Здесь круп-

109

ные слоевые кристаллы сочетаются с плотной структурой гидросиликатов. Структура того же бетона, твердевшего под воздействием климатической среды (рис. 3.5, б, г), отличается наличием большого количества зародышей кристаллизации. Возможно, это связано с условиями твердения этих образцов, т.е. воздействием климатической среды, которая способствовала возникновению зародышей (интенсификация реакции гидратации цемента в начальный период) и препятствовала их росту (замедление или прекращение гидратации). По-видимому, определенную роль сыграла и добавка ПЯ-01 (см. рис. 3.5, в, г). В меньшей степени аналогичная картина наблюдается в образцах из пропаренного бетона, твердевших под воздействием климата (см. рис. 3.5, б), в которых крупные кристаллы несут в себе отпечатки зародышей кристаллизации и представлены блоками прерывистой слоистой структуры, состоящей из призматических кристаллов портландита и гидросульфоалюмината. Окружающая кристаллы гидросиликатная масса представлена чешуйчато-глобулярной структурой, характерной для аморфной фазы.

Таким образом, результаты петрографического анализа подтверждают, что качество новообразований под воздействием климата не меняется. Меняется структура новообразований и количество их. Бетоны, твердевшие под воздействием климата, отличаются мелкокристаллической структурой, как бы пронизанной сеткой микротрещин, которые образовались после первого месяца твердения, поскольку они не заполнены продуктами гидратации цемента.

Следовательно, подтверждается высказанное нами ранее предположение о развитии, появлении новых и накоплении микродефектов в бетонах под воздействием климатической среды.

Пластификация бетонной смеси добавкой ПЯ-01 повлекла за собой увеличение количества непрогидратированных реликтов и пористости зрелого бетона, твердевшего в нормальных условиях, а также бетона, испытывающего воздействие климатической среды.

3.7. Исследование влияния тепловлажностной обработки на коррозионную стойкость растворных образцов

Зависимость прочностных характеристик образцов при изгибе от условий предварительного твердения показана в табл. 3.15, из которой видно, что рост прочности пропаренных растворных образцов в разных условиях дальнейшего твердения несколько выше, чем непропаренных.

110