Структура бетона

В бетоне различают макро- и микро­структуру.

В качестве элементов макроструктуры бетона можно рас­сматривать крупный заполнитель, песок, цементный камень, крупные воздушные поры (образующиеся при недоуплотнении бетонной смеси и защемлении воздуха), седиментационные полости и трещины (например, от усадки цементного кам­ня или иных причин).

Так, при высокой концентрации зерен заполнителя и соот­ветственно ма-лом объеме цементирующего вещества форми­руется структура с «контакт-ным» расположением зерен запол­нителя. В этом случае зерна заполнителя скреплены в местах контакта тонкой прослойкой цементного камня, а пустоты меж­ду ними заполнены цементным раствором.

С увеличением расхода цемента, что характерно для по­движных и плас-тичных смесей, относительное содержание це­ментирующего вещества увели-чивается, концентрация запол­нителей снижается. В результате создается структура с «пла­вающим» расположением зерен заполнителя, т.е зерна нахо­дятся на значительном удалении друг от друга. В этом случае применение высо-копрочного заполнителя не при­водит к повышению прочности бетона. Его про-чность опреде­ляется только прочностью растворной составляющей.

Микроструктурой называют структуру, видимую при боль­шом увеличе-нии под микроскопом. Микроструктура бетона характеризуется структурой цементного камня и контактной зоной между цементным камнем и заполните-лем. Соотношение меж­ду кристаллической и гелевой составляющей цементного ка-м­ня оказывает влияние на физико-механические свойства бето­на: деформативность и стойкость при различных видах воз­действий. Структурная пористость бетона оп-ределяется пори­стостью цементного камня, обусловленной начальным водосодер-жанием бетонной смеси и воздухововлечением при ее перемешивании.

Объем капил­лярных пор может находиться в пределах от 0 до 40 % от объ­ема цементного камня и определяется количеством воды затворения. Капилля-рные поры с размерами более 0, 2 мкм при­нимают участие в коррозионных про-цессах и снижают стойкость бетона. Ориентировочно объем капиллярных пор можно рассчитать по формуле

П_кап = (В/Ц - 0, 5 )(В/Ц + 0, 32),

где — степень гидратации цемента в относительных единицах.

Наряду с капиллярами в цементном камне в процессе гидра­тации и твердения образуются гелевые и контракционные поры.

Гелевые поры — это самые мелкие поры с размерами от 0, 0015 до 0, 030 мкм, которые формируются в новообразова­ниях цементного камня коллоидных размеров. Вода в гелевых порах прочно удерживается адсорбционными силами, что делает их практически водонепроницаемыми. Эти поры ока­зывают влияние на уса-дку, ползучесть и другие деформативные свойства бетона. Объем гелевых пор составляет 28% от объема новообразований.

Контракционные поры — это замкнутые поры, которые образуются в ре-зультате уменьшения объема системы «цемент-вода» в процессе гидратации. Объем контракционных пор со­ставляет 7-9 см³ на 100 г цемента. Они способствуют по-выше­нию морозостойкости и сульфатостойкости бетона.

При вовлечении воздуха в бетонную смесь образуются сфе­рические, замкну-тые, достаточно крупные поры размером 0, 1-2, 0 мм. Эти поры оказывают поло-жительное влияние на стойкость бетона в некоторых условиях, хотя при этом про-ч­ность снижается.

Пористость бетона зависит от степени гидратации цемен­та и со временем из-меняется: общая и капиллярная пористость снижается, гелевая и контракционная увеличивается.

Контактная зона формируется вблизи зерен заполнителя и по своим свойст-вам больше или меньше отличается от струк­туры основной массы цементного кам-ня. В бетоне происхо­дит «сращивание» цементного камня с поверхностью заполни­теля в результате физико-химических процессов: влияния по­верхностных сил и ми-грации к зернам заполнителя гидроксида кальция, образующегося при твердении цемента. При использовании пористого заполнителя (керамзита, аглопорита и т.д.) прочность контактной зоны выше, чем при использовании плотного заполнителя.