О КРИТЕРИЯХ СТОЙКОСТИ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ

Одним из критериев стойкости ячеистого бетона является изменение его прочности. При замораживании и оттаивании.

Данные различных исследователей, а также результаты наших опытов, показывающие, что морозостойкость ячеистых бетонов довольно высока и значительно превышает морозостойкость традиционных стеновых материалов.

Это объясняется особенностями их структуры. Соотношение пор крупных (D > 200 мк) и мелких (200 > D > 0,1 мк) в ячеистых бетонах в 20-30 раз больше, чем у силикатного и красного кирпича. С другой стороны, соотношение открытых и разобщенных пор в ячеистых бетонах значительно меньше, чем у кирпича. Заполнение пор водой при стандартном водонасыщении составляет в ячеистом бетоне 40-55%, в кирпиче 70-90%.

Меньшая морозостойкость ячеистых бетонов на извести объясняется особенностями структуры фазового состава новообразований цементирующего камня. Однако, как видно из рис. 1, морозостойкость ячеистого силиката все же остается выше нормативных величин.

Нами испытана морозостойкость образцов ячеистых бетонов размером 4х4х16 см на извести объёмной массой 695 кг/м³ и на цементе объёмной массой 545 кг/м³ при различной влажности. Для сохранения необходимой влажности серию образцов по 5 шт. на период испытания помещали в полиэтиленовые мешочки и заклеивали.

Степень водонасыщения бетонов при хранении в воде в течение 4 сут. Составляла 48-50%, а морозостойкость при стандартных испытаниях – 55-70 циклов.

В табл. 1 приведены результаты испытаний на замораживание и оттаивание ячеистых бетонов различной влажности.

Из таблицы видно, что прочность пеносиликата после 1800 циклов несколько уменьшилась, а пенобетона после 1500 циклов увеличилась. Испытания образцов-близнецов, хранившихся в течение такого же срока (7-8 лет) в воде, показали аналогичные изменения свойств бетонов. Таким образом, морозостойкость ячеистых бетонов при эксплуатационной влажности чрезвычайно высока.

На рис. 2 показана кривая морозостойкости пеносиликата (M) при различной влажности (W), построенная по уравнению M = 1772e^-0,056W, в котором коэффициенты определены по способу наименьших квадратов.

Сравнение данных табл. 1 и рис. 2 показывает, что признаки ухудшения внешнего вида образцов ячеистого бетона при замораживании и оттаивании появляются намного раньше, чем уменьшается его прочность.

При влажности ячеистого бетона 3-4 % от массы (а эта влажность, как показали натурные исследования, характерна для поверхностных слоев стен в нормальных температурно-влажностных условиях) первые признаки разрушения появляются в бетоне после 2000-3000 циклов замораживаний и оттаиваний. Обработка метеорологических данных для Среднего Урала показала, что ежегодное количество замораживаний и оттаиваний стен на глубину 0,1-0,2 от их толщины может быть принято равным 20. Следовательно, при нормальных условиях эксплуатации в бетоне стен зданий лишь после 100 лет эксплуатации могут появиться дефекты, вызванные замораживанием и оттаиванием. Это делает понятным тот факт, что при обследованиях жилых зданий со стенами из мелких газобетонных блоков, эксплуатировавшихся в Риге в течение 20-25 лет, не было обнаружено ни одного дефекта, явившегося следствием замораживания и оттаивания.

В то же время выяснено, что в ячеистобетонных стенах наблюдается образование трещин различной интенсивности в зависимости от вида бетона и изделия и его размеров. Образование трещин ухудшает эксплуатационные качества материала, а в армированных конструкциях создает условия для быстрого развития коррозии. Таким образом, трещиностойкость ячеистых бетонов является одним из важнейших факторов, определяющих их долговечность.

Следовательно, необходимо оценивать долговечность ячеистого бетона не только по его стойкости при замораживании и оттаивании, но и по его трещиностойкости.

Трещиностойкость ячеистых бетонов оценивается по сопротивлению бетона и уровню воздействий. Сопротивление может определяться отношением предельной растяжимости ячеистого бетона (ε_Р) и его эксплуатационной усадив (ε_Я), а уровень воздействий – отношением внешнего массообмена (q) к интенсивности внутреннего массопереноса (i). При ε_Р/ε_Я ≥ 1 бетон будет полностью трещиностойким. У выпускаемых в настоящее время ячеистых бетонов это отношение ниже единицы. Например, в наших опытах с учетом коэффициента релаксации, который для периода опыта 1600-2000 дней оказался около 0,6, отношение ε_Р/ε_Я составило у ячеистого бетона на цементе 0,3, на извести – 0,15, на цементе и золе – 0,2. Значение ε_Р для всех бетонов было около 0,2, а эксплуатационная усадка была равна у бетона на цементе 1,11, на извести – 2,2, цементе и золе – 1,85 мм/м.

Отношение q/і характеризует бетон с точки зрения градиентов деформаций, возникающих в нём при эксплуатационных воздействиях. Физический смысл этого отношения заключается в том, что оно дает представление об уровне воздействий. При q/і < 1 образование трещин в бетоне будет определяться конструктивными особенностями изделия. При q/і > 1 на образование трещин в изделиях будет оказывать влияние градиент деформаций, возникающий по их сечению. Чем меньше это отношение, тем меньше в материале потенциальных возможностей к образованию трещин.

Комплексная оценка трещиностойкости позволяет выбрать наиболее трещиностойкий бетон, а также, что особенно важно, определить дальнейшее направление изменения его свойств. В табл. 2 приведены значения q и і при высушивания, а в табл. 3 – те же значения при карбонизации. Из данных табл. 2 и 3 видно, что наилучшие показатели трещиностойкости имеют газозолобетон и газобетон; наихудшие – пенобетон. Видно также, что уменьшение объемной массы ячеистого бетона с 700 до 500 кг/м³ резко увеличивает его трещиностойкость. Учитывая, что остальные показатели долговечности ячеистого бетона объемной массой 500 кг/м³ достаточно высоки, следует считать основным направлением повышения трещиностойкости ячеистых бетонов уменьшение их объемной массы. Это подтверждено экспериментально (рис. 3) и натурными наблюдениями панелей объемной массой 500 кг/м³ в эксплуатируемых зданиях.

Величины q и і определялись следующим образом.

Для определения q образцы размером 5х5х3 см водонасыщали при кипячении и помещали в сосуд с водой, оставляя над водой часть образца высотой 1 см. Свободную поверхность воды в сосуде и боковые поверхности образца изолировали так, чтобы вода могла попариться только через открытую поверхность образца. Затем сосуды с образцами помещали в камеру с относительной влажностью воздуха 60% и температурой 20°С. Систематически взвешивали сосуды с образцами и после стабилизации изменения веса определяли количество влаги, испаряющееся с 1 м² поверхности образца в сутки. Для определения количества CO₂, усвоенного образцами, образцы такого же размера, изолированные со всех сторон от проникновения газа, помещали в сосуд, снабженный манометром. Причем внутрь сосуда была обращена неизолированная сторона образцов. Влажность бетона была равна 15% от массы. В сосуд в течение 1 ч подавали 100% СO₂ под давлением 0,1 ати при t = 20°С. Затем образцы высушивали, взвешивали и определяли количество усвоенного газа в кг/м²*ч.

Для определения і образцы таких же размеров изолировали от попадания влаги и от испарения её с боковых поверхностей и помещали в сосуд с водой так, чтобы нижняя часть образца была погружена в неё на 2 см. Зазор между стенками сосуда и образцов изолировали. Сосуды помещали в камеру с относительной влажностью воздуха 60 % и температурой 20°С и систематически взвешивали. После стабилизации изменения веса определяли поток влаги через образец в кг/м²*сут. Показателем плотности потока СO₂ служило количество воздуха, проходящее через образец толщиной 15 см при разнице давлений 0,1 атм.

Выводы

• Критерий стойкости ячеистых бетонов – изменение прочности при замораживании и оттаивании не отражает сущность деструктивных процессов, развивающихся в этих бетонах при эксплуатации, и поэтому однозначно не определяет желательных направлений изменения свойств таких бетонов, обеспечивающих повышение долговечности изделий.
• Необходимо оценивать трещиностойкость ячеистых бетонов. Критериями трещиностойкости, кроме отношения растяжимости к усадке, должно служить отношение внешнего массообмена к интенсивности внутреннего массопереноса.
• Наименее трещиностойким из испытанных ячеистых бетонов является пенобетон.
• Наиболее перспективным путём повышения трещиностойкости ячеистых бетонов является уменьшение их объёмной массы.