Структура бетону і її вплив на властивості бетону.
Основні структурні елементи бетону: в’яжуче (цементний камінь), заповнювачі, система пор.
На властивості бетону безпосередньо впливає щільність або пористість його структури, а також характер пористості.
Можна виділити такі характерні типи структур: бетон з «плаваючим» заповнювачем; з щільною упаковкою заповнювачів; великопористий бетон із недостатньою кількістю розчину.
В щільній структурі зерна заповнювача можуть торкатися одне одного (контактне розміщення) або знаходитися одне від одного на відстані (плаваюче розміщення). Бетон такої структури складається з суцільної матриці цементного каменю, в яку вкраплені зерна заповнювача.
Ніздрювата структура: в суцільному середовищі твердого матеріалу розподілені пори різних розмірів. Найефективніша для всіх пористих матеріалів. Здебільшого є результатом технологічних прийомів для поліпшення фізико-механічних властивостей бетону.
Зерниста структура – сукупність скріплених між собою зерен твердого матеріалу. Пористість подібна до пористості сипучих матеріалів. Утворюється при недостатньому ущільненні бетонної суміші та інших порушеннях технології.
Найміцніша структура – щільна, найслабша – зерниста.
Характер пористості має особливо важливе значення при формуванні властивостей бетону при його взаємодії з водою.
Мікроструктура бетону відображає його як капілярно-пористе тіло, його гідратні новоутворення, структури, що виникають на поверхні контакту цементного каменю із заповнювачем.
Основні елементи структури цементного каменю: - в’яжуча цементуюча речовина; - частинки в’яжучого, що не прореагували з водою і частки добавок; - система мікро- і макропор;
Пори, є важливим елементом мікро- та макроструктури бетону і впливають на формування його фізико-механічних властивостей.
Пори у мікроструктурі: - гелеві – 1-1,5 нм – дуже тонкі прошарки між поверхнями твердих фаз цементного гелю, які виникають внаслідок випаровування адсорбційно зв’язаної води; - контракцій ні – 10-100 нм – виникають внаслідок зменшення абсолютного об’єму тверднучої системи «цемент+вода»; - капілярні – результат випаровування води, пов’язаної фізико-механічно з частинками цементного гелю.
Для оцінки структури бетону використовують поняття:
Щільність
–
, Va
- об’єм частинок твердої фази, V
– геометричний об’єм бетону.
Пористість – П=1-Р
Пори у макроструктурі бетону: - відкриті тріщини; - повітряні пори; - пустоти і порожнини між зернами крупного заповнювача, прутками арматури;
Цементний камінь визначає властивості і довговічність бетону. Головний компонент мікроструктури - гідросилікати Са, що утворюють певну просторову структуру, яка включає частину зерен цементу, що не прореагували з водою і мають оболонку новоутворень і між зерновий простір, заповнений новоутвореннями.
Міцність бетону. Класи бетону.
Міцність – найважливіша характеристика бетону - здатність чинити опір руйнуванню від внутрішніх напружень, що виникають в результаті зовнішнього механічного навантаження. Особливістю бетону є те, що він найкраще працює на стиск, гірше на згин і найгірше – на розтяг. Тому для конструкцій, які зазнають дії згинальних напружень або розтягу бетон потрібно армувати в розтягнутих зонах перерізу сталевим прокатом. Армований бетон називають залізобетоном.
Існує багато варіантів теорій міцності, але серед них можна виділити 3: Феноменологічні – розглядають руйнування бетону як миттєвий процес, який збігається з порушенням суцільності матеріалу. При цьому момент руйнування зв’язують із досягненням критерієм міцності граничного значення. Такі теорії мають найбільше практичне значення для оцінки міцності матеріалу при складних напружених станах
Статистичні – більш детально аналізують суть руйнування. В цих теоріях передбачається існування деякого ізотропного середовища з окремими дефектами структури. Такі теорії виходять з того, що міцність тіла цілком визначається міцністю найслабшого елемента структури, тобто не враховують взаємодії дефектів.
Структурні – набагато глибше вивчають структуру бетону, ніж попередні. Встановлено, що силові тріщини в процесі навантаження виникають в першу чергу біля пор, включень, порожнин та інших дефектів. Але такі теорії розглядають ізольовані пори і не враховують ефект їхньої взаємодії, що викликає концентрацію напружень. Структурні теорії обмежуються визначенням напружень, що викликають перші тріщини і не здатні описати весь процес руйнування бетону, який заключається поступовому накопиченні пошкоджень структури і розвитку тріщин.
Класи бетону - показник якості бетону за міцністю на стиск В і на осьовий розтяг Вt , який визначають за гарантованою міцністю бетону у мПа із забезпеченістю 95%. Клас бетону відображає змінність результатів випробувань міцності бетону з нормативним коефіцієнтом варіації 12,5%. Клас бетону визначають за середньою міцністю бетону: B=Ř·0.778.