Свойства бетона и их взаимосвязь

Постепенное и последовательное развитие знаний о бетоне как универсальном строительном материале приводит к необходимости изучать не только традиционные для каждого материала прочностные свойства, но и такие, которые исследованы недостаточно, что не позволяет правильно использовать их при проектировании сооружений из бетона (железобетона). Понятие «правильно использовать» рассматривается как возможность более экономичного использования материалов при изготовлении бетона (железобетона) и конструкций из них. Неучет свойств материала может привести к недолговечной работе бетона и постепенному разрушению деталей и конструкций. К сожалению, еще не выявлены строгие закономерности, чтобы аналитически рассчитать поведение бетона (железобетона) в условиях эксплуатации и, пользуясь ими, упразднить коэффициенты, полученные экспериментальным путем на образцах в условиях, которые полностью моделируют условия работы бетона в сооружениях. По этой причине, даже закономерность не отражает истинную прочность бетона в сооружении, так как условия приготовления, транспортирования, уплотнения и твердения смеси в лаборатории и конструкции (сооружении) различны. При этом технолог обязан извлекать из материала максимум его возможностей, что достигается в лабораторных условиях. Следовательно, и на строительстве каждый технологический передел должен подчиняться этой цели. Поэтому закономерность действительна только для бетонов, твердевших в оптимальных условиях, и неприемлема для случайных условий твердения. Многие специалисты считают, что в бетоне всегда должен оставаться резерв— микробетон Юнга —дегидратированное вяжущее, как гарантия против возникновения угрозы разрушения конструкций и сооружений. Это очень важный и принципиальный вопрос в технической политике производства цемента и строительства с применением бетона (железобетона).

Сторонники положения о необходимости иметь в твердеющем цементе такой своеобразный резерв из непрореагировавших зерен цемента считают, что эти зерна по мере образования дефектов в бетоне, из-за деструктивных процессов как бы «залечивают» продуктами гидролиза и гидратации дефектные места. Однако остается открытым вопрос о величине такого резерва цементных зерен, о резерве для них воды, которая обеспечит получение новообразований, и нет убедительного доказательства, что места расположения этих зерен совпадают с местами возникновения дефектов.

Любые конструкции или изделия из бетона (железобетона) нужно проектировать не на одну марку прочности, которая условно соответствует пределу прочности бетона через 28 сут. твердения (или другому только одному сроку, когда можно загружать конструкции расчетными нагрузками). Например, дорожные покрытия следует проектировать так, чтобы при систематически возрастающих нагрузках (при резком увеличении тоннажа грузовых автомобилей) покрытия можно было бы использовать за счет резерва цемента, неиспользованного при твердении на первый проектный срок. Следовательно, все дорожные одежды (все слои) проектируют и в расчете на перспективные нагрузки.

Однако при проектировании любых конструкций допускается возникновение в бетоне процессов деструкции. Поэтому организа­ция направленного структурообразования дает увеличение прочности. В большинстве случаев твердение быстро прекращается из-за производственных условий приготовления (прожаривания при резких режимах, непродолжительном уходе за твердеющим бетоном,, использовании лежалого цемента, наличии в нем значительного количества грубых фракций и белита), недостаточного уплотнения смеси, наличия в цементе значительного количества трехкальциево-го алюмината (не связанного с гипсом в гидросульфоалюминат).

Несовершенство использования цемента при прочих равных условиях связано с наличием С3А и C2S, недостаточной тонкостью помола, при содержании излишне мелких и чрезмерно крупных зерен, никогда полностью не участвующих в твердении, недостаточным содержанием гипса (в том числе недостаточной тонкостью помола), несвежестью поверхностного слоя зерен цемента, наличием в ряде случаев минеральных добавок в количествах, превышающих целесообразный предел, использованием видо-марок цемента не в оптимальных условиях и рядом других факторов, относящихся к условиям работ. В частности, некоторые исследователи показали, что помол клинкера на трубных и сепараторных мельницах приводит к различию в качестве цемента. Однако вяжущее, более активное к затвердеванию, позволяя быстрее получать механически прочные искусственные камни — конгломераты, не всегда приводит к получению и более стойких бетонов.

Бетонные работы дорогостоящи, поэтому нельзя применять бетон для строительства временных сооружений. Не следует исполь­зовать бетон случайного состава по комплексной марке и там, где его состав не полностью отвечает условиям работы во внешней среде. Работы надо осуществлять так, чтобы бетон в сооружениях служил любой срок эксплуатации сооружений, исчисляемый десятками и сотнями лет.

Большая часть железобетонных конструкций работает в агрессивных средах, неучет которых приводит к недолговечной работе бетона (железобетона). Например, то же междуэтажное перекрытие в промышленных зданиях, рассчитанное только на механиче­ские воздействия без учета агрессивности среды — продуктов производства, разрушится в достаточно короткий срок. Таких примеров можно привести много. Следовательно, разрушение бетона — это факт неправильного его применения. Исключение любых дефектов, возникающих в бетоне в силу ранее сказанного, нельзя предотвратить за счет перерасхода цемента — сохранения в бетоне резерва вяжущих свойств.

На более ранних этапах развития теоретических представлений о бетоне различные причины его разрушения часто из-за недостатка знаний не дифференцировались по агрессивности среды. В последнее время причины разрушения бетона от агрессивного воздействия определяются в большинстве случаев с необходимой достоверностью. Отсюда и на основании теоретических положений о бетоне, изложенных выше, возникает возможность правильного выбора материалов и назначения оптимальных составов бетона. Соответственно принятым правилам проектирования бетон всегда рассчитывают с некоторым запасом прочности. По аналогии и стойкость необходимо рассчитывать с учетом свойств бетона. Существует весьма сложная зависимость между различными свойствами, которую следует выяснять при постановке различных исследований бетона (раствора, цемента). Переход от одного какого-либо свойства к другому возможен, однако он должен проводиться на базе различных исходных характеристик, описывающих качество компонентов бетона, технологию работ и состав последнего. Без таких характеристик не удается связать между собой различные свойства бетона.

Иллюстрировать сказанное можно существовавшим ошибочным положением о том, что чем выше прочность бетона, тем больше его морозостойкость, химическая стойкость и ряд других свойств. Это положение в частных случаях подтверждается опытами, однако в общем виде оно неверно.