3.2Бетон құрылымының қалыптасу ерекшеліктері

Цементті тұ тыну, оның тү рі мен минералогиялық қ ұ рамы, су-цемент қ атынасы, химиялық қ оспаларды қ олдану – қ ұ рылымды қ алыптастыру ү дерісінің маң ызды технологиялық факторлары болып табылады. Бетон қ оспасының қ ұ рамына енгізілген химиялық қ оспалардың ә сері – бетон қ оспасын технологиялық ө ң деудің барлық сатыларында орын алады жә не бетонның қ ұ рылымын қ алыптастыруда маң ызды рө л атқ арады. Ғ ЗТБИ жіктеуі бойынша, цемент тас пен бетонның беріктендіру қ ұ рылымы мен кинетикасы параметрлеріне II жә не III сыныптағ ы қ оспалар тікелей ә сер етеді. Монолитті қ ұ рылымдарда бетонның беріктігін арттыру (ә сіресе тө мен температураларда), бұ йымдарды ө ндірудің технологиялық циклінің ұ зақ тығ ын қ ысқ арту жә не бетонның мақ сатында (II класс) беріктігін реттеу реттегіштер пайдаланылады.

Бетонның беріктігін жә не қ атаюын жылдамдату ү шін енгізілетін бірқ атар бейорганикалық заттар кең інен қ олданылатын қ оспалар болып табылады. Оларды ә сер ету механизмі бойынша екі топқ а бө леді: цемент минералдарының суда ерігіштігінхимиялық ө зара ә рекеттесусіз ө згертетін қ оспа; ерігіш жә не нашар диссоцияланатын қ осылыстарды қ алыптастыру ү шін тұ тқ ыр затпен ә рекет ететін заттар.

Бірінші топқ а негізінен электролиттер - хлорид жә не кальций сульфаты, хлорид жә не натрий нитриттері жә не басқ а тұ здар кіреді. Ә сіресе кальций хлориді (цемент массасының 0, 5... 2%) кең інен қ олданылады; Мысалы, бір тә улік ішінде қ атаю, шамамен 1, 5... 2 есе жылдамдатылады, содан кейін баяулап, бір ай уақ ыт ішіндеоның беріктігі қ оспасыз бетон беріктігіне сә йкес болады. Қ оспалардың тиімділігі қ атты бетонды қ оспалар ү шін, сондай-ақ қ атудың тө мен температуралары ү шін жоғ ары. Қ оспалардың саны кө п болғ ан сайын, қ ату жылдамдығ ы жоғ арылайды, бірақ олардың ү лесі цемент массасының 4% асып кетсе, кебудің шамадан тыс қ ысқ артылуы (қ алыпты температурада) орын алады, отырудың жоғ арылауы, арматураның коррозиясы орын алады. Осылайша, кальций хлоридінің қ осындысы мен осы топтың басқ а қ оспаларының ө лшемі бірқ атар шарттармен шектеледі. Бетон қ ұ рамындағ ы хлоридтің жоғ ары ү лесіаязғ а қ арсы арналғ ан қ оспа ретінде пайдаланылады, бұ л суық бетондаукезінде судың қ атутемпературасын азайтады. Белгілі бір дә режеде бұ л топтың қ оспалары - бетон қ оспасының пластификаторы болып табылады[149 - 156].

Бетон жә не темір-бетон ө німдерінің технологиясының маң ызды кезең і – бетонның беріктігін жә не қ ұ рылымын қ алыптастыру болып табылады, ол ө німнің сапасын анық тайды. Бұ л ү рдісті басқ ару ерекшелігі оның ү здіксіздігі болып табылады - бақ ылау ә рекеттері қ оспаның қ ұ рамын тағ айындау жә не тү зету кезінде, сондай-ақ бетонды қ ұ ю кезең інде технологиялық дайындаулар ү рдісінде қ ажет, ө йткені осы кезең дерде бетонның болашақ қ ұ рылымы мен қ асиеттерінің іргетасы қ аланды.

Қ ату мен қ ұ рылымды қ алыптастыру процесі ө здігінен жү рсе де, оның нә тижесі (бетонның беріктігі жә не т. б. ) технологиялық жә не физикалық факторлар жиынтығ ы мен ө ндіріс технологиясының ә сер етуінен айтарлық тай ө згеруі мү мкін. Процесс конструктивтік (оң ) жә не деструктивті факторлардың бір мезгілде жә не дә йекті ә рекет ету жағ дайында ә ртү рлі жылдамдық пен дамуы мү мкін. Сондық тан, ғ ылыми негізделген бетон технологиясы – технологиялық ү дерісті басқ арудың қ ажеттілігін негізге ала отырып, конструктивті факторларды ә зірлеу мен қ олдануды қ оса алғ анда, мақ сатты қ ұ рылымды қ алыптастыру шарттарын қ амтамасыз етуге жә не мү мкіндігінше деструктивті факторлардың ә серін бейтараптандыруғ а негізделеді[157- 160]. Бетонның қ ұ рылымын қ алыптастыру ү дерісінің кинетикасы уақ ыт ө ткен сайын бетонның беріктігімен сипатталады. Беріктікті арттыру қ арқ ындылығ ы цемент тү ріне жә не белсенділігіне, су-цемент қ атынасына, температура мен беріктендіру жағ дайларына байланысты. Б. Г. Скрамтаев қ алыпты жағ дайда қ атаю кезіндегі нақ ты кү штің ө суінің эмпирикалық тә уелділігін ұ сынды.

Бұ л тә уелділік шамамен бір жылғ а созылғ ан қ ату кезең і ү шін жарамды. Содан кейін беріктендіру қ арқ ындылығ ы тө мендейді жә не тү йіршіктің айналасында судың астық қ а жетуін тоқ тататын гидратталғ ан қ абық шалар пайда болады. Цемент бө лшектерінің 30... 40% дейін ө ң делмеген кү йінде қ алады. Осылайша, эксперименттік мә ліметтерге сә йкес, цемент тү йіршігінің диаметрі d = 50 мкм, ылғ алдау терең дігі 3 кү ннен кейін 3, 85 мкм, 28 кү нде 6, 56 жә не 6 айдан кейін 11, 64 мкм. Цементтің тү рі мен белсенділігі, оның минералдық қ ұ рамы бетонның беріктендіру жылдамдығ ына тікелей ә сер етеді. Қ атудың ең жоғ ары қ арқ ынымен қ ұ рамында кальций алюминаты бар цемент негізіндегі бетондар ерекшеленеді. Алюминаттардың негізділігін жоғ арылату –қ ату мен беріктендіру ү дерістерін одан сайын тездетуге ә келеді, бірақ бетонның беріктігі тө мендейді. Алит портландцементін (C3S ү лесі жоғ ары) пайдалану - қ атудың алғ ашқ ы аптасында бетон беріктігінің қ арқ ынды ө суін қ амтамасыз етеді, бірақ кейінгі кезең де қ ату жылдамдығ ы азаяды. Белитты портландцемент (C2S жоғ ары ү лесі) негізіндегі бетон бірінші айда салыстырмалы тү рде баяу қ атады, бірақ болашақ та қ арқ ындылық кү шейеді. Ү шкальцийлі силикат ү лесінің жоғ ары болуы ә детте бетонның беріктігін арттырады[161 - 169].

Бетон қ оспасы мен бетонның қ ұ рылымы мен қ асиеттерін белсенді бақ ылау ү шін химиялық қ оспалармен қ атар минералды қ оспалар (MҚ ) қ олданылады. Бұ л материалдар табиғ и немесе техногендік шикізаттан (кү л, топырақ шлак жә не тау жыныстары, микросиликалар жә не т. б. ) алынғ ан минералды табиғ аттың ұ нтақ тары болып табылады. Минералды қ оспалар толтырғ ыштардан тү йіршіктердің кішіө лшемімен (0, 16 мм-нен аз, кө п жағ дайда одан да аз) жә не химиялық модификаторлардан суда ерімейтіндігімен ерекшеленеді. Толтырғ ыштарда цементпен бірге орналасып, олар бетон қ ұ рылымын тығ ыздайды, бірқ атар жағ дайларда цемент тұ тынуын азайтуғ а мү мкіндік береді. Сондық тан МҚ жиі минералды толтырғ ыштар деп аталады. Егер МҚ -ң цемент пен бетонның қ ұ рылымы мен қ асиеттеріне ә сер етуінбағ алайтын болсақ, онда олардың дисперсиялануына байланысты МҚ -сұ йылтқ ышпенМҚ -тығ ыздағ ыш болып бө лінеді:

МҚ -сұ йылтқ ыштар, мысалы кү л, цементге жақ ын тү йіршікті қ ұ рамғ а ие (0, 2-0, 5 м²/г меншікті беті). МҚ -тығ ыздағ ыштар, мысалы, микрокремнезем, цемент тү йірлерінен 100 есе кем бө лшектерге ие (меншікті бет 20 -30 м²/г) жә не тиімді қ оспа болып табылады, ө йткені олар цемент тү йіршіктері арасындағ ы бос орындарды толтыра алады жә не жоғ ары реактивтілікке ие. Минералды қ оспалар белсенді жә не инертті болып бө лінеді. Белсенді MҚ -лар судың қ атысымен қ арапайым температурада кальций диоксидімен ө зара ә рекеттесіп, тұ тқ ыр қ асиетке ие қ осылыстарды қ ұ растырады. Бетонғ а енгізілген кезде, олар портландцемент гидратациясымен босатылғ ан Ca(OH)₂-менө зара ә рекеттеседі. Кейбір белсенді MҚ, мысалы, жер ү сті пештерінің қ ожы, ә кпен қ осылу нә тижесіндеө здігімен қ атаяды. Минералды қ оспалардың қ асиеттеріне олардың тү йіршікті қ ұ рамы айтарлық тай ә сер етеді, ол меншікті бетті тұ зсыздандыруғ а жә не, тиісінше, реактивтіліктің немесе бетон қ ұ рылымын ық шамдауғ а мү мкіндік береді.

Инертті қ оспалар, мысалы, ұ нтақ талғ ан кварц қ ұ мы, цемент компоненттерімен қ алыпты температурада реакция жасамайды, бірақ белгілі бір жағ дайларда бұ л қ оспалар реактивті қ асиет кө рсетуі мү мкін (мысалы, автоклавты ө ң деуде).

Кө п жағ дайда инертті қ оспалар бетонның қ атты фазасының тү йіршікті қ ұ рамы мен бос қ уыстығ ын реттеу ү шін қ олданылады: бетон қ оспасы мен бетон қ асиеттерін реттеу мақ сатында толтырғ ыш-цемент-минералды қ оспаларды. Табиғ и минералды қ оспалар ә ртү рлі вулкандық жыныстарды (тюф, кү л, маршрут) немесе шө гінді (диатомит, опока) жыныстарды ұ сақ тау жолымен алынады.

«Пуццолан» термині алғ ашқ ы рет туфқ а арналып қ олданылды, ол атау бұ л жыныс алынғ ан италиялық қ ала атауына байланысты. Кейінірек бұ л термин басқ а белсенді минералды қ оспаларғ а қ олданылды. Жанартау жә не шө гінді текті МҚ негізінен кремнезем жә не глиноземнан тұ рады (70... 90 %), олар белгілі бір дә режеде олардың пуццоланды белсенділігін анық тайды. Бұ л қ оспалар цемент ө ндірісінде кең інен қ олданылады. Оның кемшілігң - жоғ ары су сұ ранысы [70- 74].

Толтырғ ыш бетонның қ ұ рылымын қ алыптастыру кезінде судың бір бө лігін ө зіне сің іріп, қ оспа қ атқ аннан кейін қ ұ рылысты беріктендіретін қ атты тірек қ ұ райды; ол отыру деформациясын тежейді, цемент тасында ылғ алдылық ты реттейді, сондық тан нақ ты жобалау мен есептеу ү шін қ ұ рылымды қ алыптастыру ү рдісін ү ш кезең ге бө луге болады. Бетон қ оспасы бетонғ а айналатын алғ ашқ ы кезең, келесі кезде бетон біртіндеп қ атаяды, ал ү шінші кезең, қ ұ рылыс тұ рақ танады [75 - 79]. Бетонның қ ұ рылымдалуы жә не қ атаюы оның кө лемінің ө згеруімен бірге жү реді. Бұ л тү рдегі кө лемді деформацияларғ а контракция, шө гу жә не ісіну, температуралық деформацияларжатады. Контракция– бұ л«цемент + су» ө зара ә рекеттесу процесінде жү йенің қ ысылу феномені. Нә тижесінде жү йенің жалпы кө лемі азаяды, ө йткені жаң а формациялар кө лемі - кристалды гидраттардың - химиялық байланысты судың тығ ыздығ ын жоғ арылату нә тижесінде реакцияғ а тү сетін заттардың кө лемінен аз. Қ ату ү дерісі кезінде контракционды қ уыстар пайда болады, сондық тан бү кіл цемент тас пен бетонның сыртқ ы кө лемі іс жү зінде ө згермейді.

Кә дімгі цементтер ү шін шекті контракция - 100 г цемент ү шін 7... 9 см, бұ л 28 кү ндік цемент тасы кө лемінің 5... 8%. Бетонның герметикалық жағ дайда оның сыртқ ы массаайналымы болмайтын кезде қ атаюында, контракция ішкікө лемдік вакуум тудырады. Қ ату ү стіндегі цемент тасы мен бетон кө леміндегі ө згерістерге капиллярлық контракция–қ уыстар мен капиллярлардағ ы сұ йық тық фазасындағ ы теріс капиллярлық қ ысымды да ә сер етуі мү мкін.

Бұ л қ ысым бастапқ ы кезең де, яғ ни бетон ә лі пластикалық беріктікке ие кезде жаң ақ аланғ ан бетонның шө гуін тудырады. Қ ату ү стіндегі цемент тасы мен бетонның шө гуі – қ оршағ ан ортамен гидрометриялық тепе-тең дік болсағ ан кезе, жү йеден суды алып тастау нә тижесінде болады, бұ л жағ дай жү йе кө лемінің азаюына алып келеді. Ылғ алды шө гудің бірнеше себептері бар, олардың ішіндегі негізгілерінің бірі – радиусы 100 нм кем емес цемент тасы капиллярларынан судың булануы жә не тоберморитты гельден адсорбционды-байланысты суды алып тастау[80, 81].

Капиллярлы қ уыстар жү йесі кристалдану қ ұ рылымының қ алыптасу кезең інде жү реді. Бастапқ ы су-цемент қ атынасы неғ ұ рлым жоғ ары болса жә не гидратация дә режесі қ аншалық ты аз болса, цемент тасының капилярлық кеуектілігі соғ ұ рлым жоғ ары болады. Уақ ыт ө те келе, цементтің ү здіксіз гидратциялану жағ дайында, капиллярлы қ уыстар кө лемі азаяды, ө йткені гидратация ө німдері біртіндеп ерітпе сумен толы қ уыс бө лігін толтырады. Алайда, су-цемент қ атынасының жоғ ары мә ндерінде (0, 6-нан астам) гидратация процесінде пайда болғ ан гель барлық капиллярларды «блоктауы» мү мкін емес жә не цемент тасының ө ткізгіштігі артады. Цемент тасының жалпы, капиллярлық жә не гельдік кеуектілігін ә ртү рлі С/Цара қ атынасы кезіндегі цемент гидратации дә режесіне тә уелділі.

Бетондағ ы цемент тасының беріктігін жә не қ ұ рылымын қ алыптастыру бетон - беріктігі, ө ткізгіштігі, беріктігі жә не т. б. маң ызды қ асиеттерін қ ұ райтын негізгі, жетекші процестер болып табылады.

Бетондағ ы цемент тасының қ алыптасуының бү кіл процесі шартты тү рде екі негізгі кезең ге бө лінеді: 1) қ ұ рылымның қ алыптасуы жә не 2) оның беріктену кезең і (тұ рақ тандыру). Ә рбір кезең де біз ө з кезегімізде екі кезең ді бө ліп аламыз: бірінші кезең - дайындық кезең і жә не қ ұ рылымдық жү йені қ алыптастыру кезең і (коагуляциялық қ ұ рылым); екінші кезең кристалды тіректің қ алыптасу кезең і жә не оның дамуын, қ ұ рылымның беріктігін ұ зақ қ а созу кезең ін білдіреді. Ә рине, кезең дер мен сатылар арасында айқ ын шекара жоқ, олар кейбір процестер басқ алардың ү стінен ү стемдік ететін дә лелдер негізінде ғ ана орнатыла алады. Дегенмен, қ ұ рылымды қ алыптастыруды басқ ару ү шін технологиялық бақ ылау бойынша шешімдер ғ ылыми тұ рғ ыдан негізделіп жә не оң тайлы болып табылу ү шін, оның даму кинетикасы туралы ақ паратқ а ие болу қ ажет. Қ ұ рылымды қ алыптастырудың ә р кезең і сол кезде пайда болатын (немесе басым) қ ұ рылымдардың белгілі бір қ асиеттерімен сипатталады: жылуды босату қ арқ ындылығ ы, пластикалық беріктік, электр ө ткізгіштігі, гидратация дә режесі жә не т. б. Бұ л қ асиеттердің графикалық тә уелділіктерді қ ұ ру арқ ылы уақ ыттың ө згеру кинетикасын зерттеп, қ ұ рылымды қ алыптастырудың ә р тү рлі сатыларына тә н учаскелерді ерекшелеп кө рсетуге болады.

Кристалды-конденсациялы қ ұ рылымдар тиісті гидраттар кристалдарының тікелей қ осылыстары байланыстары болып табылады. Байланыстардың бұ л жаң а тү рлерінің қ ұ рылымы сапалы жаң а механикалық қ асиеттерге ие. Коагуляцияменсалыстырғ анда, қ ұ рылымдар кернеулер ә серінен деформацияланып, қ айтымсыз жойылады, олар ө здігінен қ алпына келмейді. Сондық тан, осы кезең де қ ұ рылымды жетілдіру мақ сатында механикалық ә серлері (мысалы, дірілдеу) тек пайдасыз ғ ана емес, сонымен қ атар зиянды.

Қ атты тірек қ алыптастыра отырып, кристалды байланыстар материал беріктігінің кү рт артуына ық пал етеді; тұ тқ ырпластикалық деформация жұ мсақ морттық кү йге [185 ± 187] ауысады; Тікелей жалғ ану контакттар санының ө суі мен жаң адан пайда болғ ан тү рлердің кө лемдік концентрациясын ұ лғ айту жә не цемент бө лшектерінің арасындағ ы гель тығ ыздығ ын жоғ арылату беріктікті нығ айтуғ а септігін тигізеді. Сонымен қ атар, кристалдық тіректің пайда болуы мен дамуы ұ йығ ыш жә не қ атаю жү йесінде ішкі кернеу тудырады. Коагуляциялық қ ұ рылымдар негізінен жаң а тү рлер, ә сіресе, гидросиликаттар мен кальций гидроалюминаттарының қ ұ ралымды қ алыптастырудың бастапқ ы дайындық кезең інде орын алатын молекулааралық тартылыс энергиясының есебінен қ алыптасады.

Бұ л гидраттар кішкентай бө лшектер тү рінде ұ сынылғ ан - мө лшері 0, 1 мкм-нен кем субмикрокристалдар; олар цементтің гидратталғ ан тү йіршіктері аралық тарында коллоидтық жү йе - тоберморитті гель жасайды. Бө лшектердің арасында коагуляциялық байланыстар пайда болады, бұ л коагуляция қ ұ рылымының пайда болуына ә келеді. Бұ л байланыстардың ерекшелігі –бө лшектер арасында судың жұ қ а тұ рақ ты қ абатының (дисперсиялық орта) міндетті тү рде болуы. Бө лшектер арасындағ ы байланыстың табиғ атына байланысты коагуляциялық қ ұ рылымдардың ерекшеліктері: қ айта қ алпына келу немесе тиксотропия - жоюдан кейін біраз уақ ыттан кейін ө здігінен жә не қ айталап қ алпына келтіру қ абілеті; жоғ ары икемділік; кернеу жағ дайында қ ұ рылым бұ зылулар мен сызаттарсыз елеулі деформацияғ а қ абілетті, бұ л бө лшектердің нү ктелік байланыстарындағ ы су қ абатына байланысты бө лшектерді бір-біріне қ атысты жылжыту жә не айналдыру мү мкіндігіне байланысты[90-92].

Осылайша, бетон қ ұ рылымын қ алыптастыру – уақ ыт ө те келе дамитын кешенді физика-химиялық процесс. Қ ұ рылым қ алыптасуының кинетикасы жә не бетон қ оспасын қ атты денеге айналуы - жасанды конгломерат - кө птеген технологиялық жә не физикалық факторлармен анық талады. Осылайша, бетонның соң ғ ы кү йінің параметрлерін болжау, негізінен қ ұ рылымды қ алыптастыру ү дерістері аяқ талғ ан кезде, ә рқ ашан қ иын міндет. Технологиялық жә не физикалық факторларғ а байланысты қ ұ рылым қ ұ рылысыны процесі кинетикасы ғ ана емес, сонымен қ атар осы процестің тү пкілікті нә тижесі - бетонның қ ұ рылымы мен физикалық -механикалық қ асиеттерінің параметрлері. Сондық тан жоғ ары физикалық жә не механикалық қ асиеттерге ие бетон алу мә селесін шешу, ең алдымен, қ ұ рылымды қ алыптастыру ү дерісі тиімді тү рде бақ ылануы мү мкін жағ дайларды жасауғ а байланысты. Бұ л технологияның басты мақ саты, ал оғ ан қ ол жеткізу ү шін бетонмен байытылғ ан қ ұ былыстардың мә н-мағ ынасына терең еніп, микро-, макро-дең гейде де бетон қ ұ рылымын қ алыптастыруда олардың рө лі мен маң ыздылығ ын анық тау керек[70].

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒