3 Структура бетона и физико-химические процессы, происходящие при ее формировании

Структура бетонной смеси сохраняется и при затвердевании. Поэтому структуру бетона следует классифицировать по содержанию цементного камня и его размещению в бетоне. Однако на свойства бетона определяющее влияние оказывают его плотность и пористость. При прочих равных условиях объем и характер пористости, а также соотношение в свойствах отдельных составляющих бетона определяют его основные технические свойства, долговечность, стойкость в различных условиях. В этой связи целесообразно классифицировать структуру бетона с учетом ее плотности.

Цементный камень является основным компонентом бетона, определяющим его свойства и долговечность. Основной составляющей микроструктуры цементного камня являются гидросиликаты кальция.

Гидросиликаты кальция создают определенную пространственную структуру, которая включает непрореагировавшую часть зерен цемента с оболочкой новообразований в виде системы глобул и межзерновое пространство, заполненное в той или иной мере новообразованиями. Гидросиликаты кальция имеют кристаллическое и полукристаллическое или аморфное строение. Кристаллические продукты, имеющие различные размеры кристаллов, чаще появляются при тепловой, особенно автоклавной обработке и при кристаллизации новообразований в межзерновом пространстве и порах.

В качестве первичных новообразований осаждаются эттрингит (3CaO*Al₂О₃*3CaSО₄*32H₂О) и Ca(OH)₂. Примерно через час возникают сначала очень мелкие гидросиликаты кальция. В этой стадии гидратации гидросиликат кальция может вырастать в длинные волокна, проходящие через поры в виде мостиков и постепенно разделяющие их. Примерно на 7^е-28^е сутки нормального твердения все имеющиеся поры постепенно заполняются продуктами последующей гидратации, причём гидросиликатокальциевый гель образуется в виде коротких волокон. К концу гидратации в затвердевшем цементном тесте имеются C-S-H-гель, Ca(OH)₂, 4CaO(Al₂O₃*Fe₂O₃)*13H₂O, а также моносульфат 3CaO*Al₂O₃*CaSO₄*12H₂O, образовавшийся из эттрингита[1].

Ячеистая структура отличается от других тем, что в сплошной среде твердого материала распределены поры различных размеров в виде отдельных условно-замкнутых пор.

В соответствии с размерами и физическими характеристиками они разделяются на микро и макропоры. Микропоры считаются капиллярно-активными в противоположность макропорам, которые занимают весь остальной объем пор.

Рис.1. Микропористая структура ячеистого бетона

Структура пор определяет такие физические свойства материала, как прочность, теплопроводность, капиллярность, морозостойкость и др.

4 Формирование пенобетонной структуры различной плотности.

Практика получения пенобетонов по неавтоклавной схеме показывает, что существуют значительные трудности получения пенобетонов с низкой плотностью – от 500 кг/м³ и ниже. Эти трудности связаны в первую очередь с усадочными явлениями в процессе схватывания пенобетонной массы, разлитой в формы. В то же время получение пенобетонов средней плотности с плотностью 600-800 кг/м³ и выше, как правило, не вызывает затруднений.

Объяснить этот факт можно тем, что при формировании пенобетонной структуры на первой ее стадии пенные пленки наполняются частичками твердой фазы и как бы бронируют их.

Рассмотрим вопрос о соотношении межфазных поверхностей пенных пленок и твердой фазы.

Пенные пленки, каналы и узлы предварительно сформированной и перемешанной с раствором затворения газожидкостной пены являются своеобразным каркасом, на котором концентрируются частички твердой фазы. Закрепленные так или иначе на элементах пенной структуры твердые частички в результате реакции гидратации в присутствии межпленочной жидкости превращают трехфазную смесь (жидкость, твердые частицы, воздух) в жесткий пенобетон с закрытыми порами.

Таким образом, для формирования пенобетонной структуры заданной плотности необходимо определенное соответствие между удельной межфазной поверхностью замешиваемой газожидкостной пены и удельной поверхностью твердых частиц. Если замешивается много пены с высокоразвитой межфазной поверхностью и мало твердой вяжущей фазы, не вся поверхность пенных пузырьков будет «бронирована» частичками твердой фазы, возникнут пустоты в пленках, которые со временем прорвутся. Если будет избыток твердых частиц, то сумма поверхностных пенных пленок окажется недостаточной, чтобы все твердые частицы разместились на них.

Первый случай характерен для низкоплотных бетонов, второй случай характерен для тяжелых пенобетонов [2].