10

Усадка цементного камня ии бетонабетона

Значительная часть процессов деструкции структуры цементных композиций связана с усадочными деформациями, вызываемыми как тепло- и массообменом с окружающей средой, так и физикохимическими процессами взаимодействия цемента с водой.

Усадочные деформации цементных систем имеют разную природу и могут быть подразделены на следующие виды усадки:

-контракционную;

-влажностную до схватывания (первичную или пластическую);

-влажностную после схватывания;

-карбонизационную;

-термическую.

Кроме того, в последнее время особое внимание уделяется так называемой аутогенной усадке, значимость которой возросла в связи с развитием технологии

высокопрочного и высококачественного бетона

Контракционная усадка- вызывается тем, что объем новообразований цементного камня меньше объема, занимаемого веществами, вступающими в реакцию.

Эта усадка развивается в период затвердевания цементного теста, когда оно достаточно пластично, поэтому оказывает ограниченное влияние на конечную прочность материала.

Карбонизационная усадка - вызывается карбонизаций гидроксида кальция и развивается постепенно с поверхности цементного камня в глубину.

Развитие усадочных деформаций в цементном тесте (НВУ)

1 –	В/Ц=0,28 (Оскольский цемент); 2 – В/Ц=0,30 (Оскольский цемент)
3 –	В/Ц=0,24 (Белгородский цемент + С-3); 4 – В/Ц=0,24 (Белгородский

цемент + С-3 + ТФ)

Влажностная усадка

Уменьшение объема цементного камня при высыхании вызывается следующим рядом причин:

-действием капиллярных сил, возникающих в цементном камне при испарении воды из капилляров;

-удалением адсорбционно-связанной воды из тоберморитового геля;

-структурными изменениями, происходящими при превращении вязкопластического цементного геля в камневидное состояние и при нарушении гигроскопического равновесия в его порах

Усадка от действия отрицательного капиллярного давления происходит в диапазоне относительной влажности от 95 % до 45 %.

Вода в небольших капиллярных порах частично удерживается поверхностью стенок капилляров, но при соответствующей относительной влажности может испаряться.

В этом случае вода испытывает поверхностное натяжение и формирует мениски. При этом возникает давление гидростатического сжатия, воздействующее на стенки капилляров и вызывающее уменьшение размеров пор.

Возникающее отрицательное давление зависит от относительной влажности. Максимальная величина давления соответствует относительной влажности ϕ = 45%, а при ϕ > 45% капиллярное давление

отсутствует ввиду нестабильности менисков.

Схематическое изображение действия капиллярного давления

Адсорбированная на поверхности слоев C-S-H вода создает расклинивающее давление, которое возрастает с ростом относительной влажности (или толщины слоя воды).

Когда это давление превышает силу Ван-дер- ваальсовой связи между слоями C-S-H, они разъединяются, вызывая расширение. После гидратации фаза C-S-H существует в таком расширенном состоянии.

При первоначальном высушивании вода испаряется, а расклинивающее давление уменьшается. При этом слои C-S-H сближаются под действием Ван-дер- ваальсового притяжения, вызывая уменьшение объема системы. Расклинивающее давление признано значимым при относительной влажности выше 50% RH, хотя некоторыми исследователями указывается диапазон от 100 до 40%

Свободная поверхностная энергия, связанная с удалением адсорбированной структурой геля воды, вызывает усадку, как предполагается, при относительной влажности ниже 45% и, более того, ниже 20%.

Так как испаряется наиболее прочно удерживаемая вода, свободная поверхностная энергия C-S-H возрастает, а образующееся при этом давление пропорционально свободной поверхностной энергии или площади поверхности C-S-H. Данное давление приводит к сжатию твердых частиц.

Таким образом основные факторы, обусловливающие влажностную усадку цементного камня позднего возраста при снижении относительной влажности среды:

капиллярное давление; изменение свободной поверхностной энергии; удаление межслоевой воды в структуре C-S-H.

Схематическое изображение действия расклинивающего давления

Схематическое изображение давлений, возникающих при изменении свободной поверхностной энергии

Деформации усадки бетона при одном цикле

высушивания и увлажнения