Бетон как псевдотвердое тело
При постоянной температуре решающую роль в описываемых явлениях играет степень влажности среды. Если влажность приближается к 100%, т. е. к полному насыщению, то и капиллярное давление исчезает. Стало быть, в бетоне, помещенном в насыщенную влагой среду, поры заполняются водой и стенки их не испытывают капиллярного давления. Однако это будет иметь место лишь при условии, что наружная температура не ниже собственной температуры бетона. Если же температура бетона выше температуры окружающей среды, то установится новое состояние гигрометрического равновесия и бетон начнет терять воду из пор.
Подобное явление можно наблюдать например в начальный период твердения бетонного массива, когда вследствие экзотермической реакции гидролиза цемента происходит внутреннее тепловыделение и повышение температуры бетона. Потеря воды будет происходить тем быстрее, чем выше температура бетона и чем больше поперечные размеры пор. Фрейсинэ говорит, что бетон может полностью обезводиться, даже и находясь под водой, если его температура выше температуры воды и если его плотность недостаточно велика; наоборот, плотный бетон с очень тонкими порами может удерживать воду даже при интенсивном нагревании.
Здесь интересно отметить, что описанная интерпретация физического состояния твердеющего бетона или раствора, предлагаемая в настоящее время Фрейсинэ, намечалась уже давно. Так, еще в 90-х годах XIX столетия Лешателье (Le Chatelier) писал:"... При испарении воды частицы твердого материала сближаются под влиянием сил, происходящих от капиллярных натяжений и тем больших, чем меньше пространства (поры), где они возникают. Вода концентрируется в наиболее тонких порах, а воздух проникает в более широкие: капиллярный мениск на границе, разделяющей воду и воздух, вызывает значительное натяжение, которое приводит стенки пор в соприкосновение, когда происходит полное высыхание".
Бесспорная заслуга Фрейсинэ заключается в том, что он не ограничился описательной стороной явления, а сделал смелую попытку подойти к нему с тонким экспериментальным и математическим аппаратом, что позволило получить ряд результатов большой практической ценности. Мне придется в дальнейшем неоднократно ссылаться на эти результаты в различных местах настоящего труда; теперь же я ограничусь кратким изложением некоторых общих выводов, которые можно сделать из только что описанной картины физического строения бетона.
1. Прежде всего необходимо констатировать, что бетон обладает в пределах небольших объемов значительной неоднородностью своей структуры. Решетка цементного камня и зерна каменного заполнителя могут иметь и обычно имеют неодинаковые физические свойства: их удельный вес, термические характеристики, прочность и т. п. могут различаться весьма значительно. Отсюда следует, что в различных точках рассматриваемого объема бетона также нельзя ожидать вполне одинаковых физических и механических свойств его. Если же в практических вопросах говорят об однородности бетона, то последний термин следует понимать не в смысле постоянства свойств бетона во всех элементах данного объема, как бы малы они не были, но рассматривая средние свойства бетона, отнесенные к целому и более или менее значительному объему.
Это обстоятельство играет существенную роль во многих вопросах, связанных с установлением физических характеристик бетона, особенно при экспериментальном их определении. Например при опытном определении прочности бетона приходится брать значительное количество образцов, чтобы по возможности уменьшить влияние рассеяния результатов опыта; с той же целью приходится увеличивать размеры самих образцов. В работе конструкций неоднородность бетона сказывается в более резкой концентрации напряжений, в более значительном влиянии местных напряжений и т. д.