Бетон как псевдотвердое тело
2. Так как твердение бетона, особенно при благоприятных температурно-влажностных условиях окружающей среды, представляет весьма длительный процесс, то свойства этого материала не остаются постоянными, а начиная с момента его изготовления и в течение весьма продолжительного периода, в известной мере меняются.
Действительно, физико-химические процессы, начавшиеся в момент затворения бетона водой, продолжаются еще долго. После образования геля гидролизом первых порций активных частиц цемента, при этом сильно разбавленного водой, происходит дальнейшее разложение менее активных зерен цемента за счет избыточной воды в порах геля; вместе с тем растут кристаллообразования с увеличением объема вследствие поглощения кристаллизационной воды. Совершенно понятно, что оба эти процесса происходят с постепенно убывающей скоростью, так как перемещения вновь образующихся твердых частиц цементного камня встречают все большие сопротивления внутри обезвоживающегося коллоида. Тем не менее твердая составляющая цементного камня неизменно увеличивается, а объем пор уменьшается. Параллельно с этим происходит, как мы видели, усадка, т. е. сжатие бетона, вызываемое капиллярными натяжениями в порах. Каждому значению степени влажности отвечает определенная толщина пор в которых возможно состояние гигрометрического равновесия, вызывающее явление усадки; поры с большими поперечными размерами постепенно высыхают вследствие испарения находящейся в них воды. Продолжающееся уменьшение объема пор от роста твердой составляющей цементного камня и от усадки всей массы бетона влечет за собой переход к новому состоянию гигрометрического равновесия, но уже с меньшей влажностью, в результате чего еще некоторое количество пор начинает просыхать и т. д. Процесс этот происходит также с затухающей скоростью, ибо, во-первых перемещение влаги в очень тонких порах встречает значительные сопротивления и, во-вторых, увеличивающаяся собственная прочность скелета бетона оказывает возрастающее противодействие усадочным деформациям.
Из сказанного следует, что плотность бетона и его прочность в процессе твердения возрастают, а вместе с ними изменяются и другие его свойства. Последние таким образом необходимо рассматривать с учетом возраста бетона. Понятие об однородности бетона еще более усложняется:"не только невозможно" — говорит Фрейсинэ в предисловии к своей книге — "получить два совершенно одинаковых бетонных элемента, но даже и один и тот же элемент никогда не проходит два раза одного и того же состояния".
3. Монолитность бетона, как конгломерата из материалов, обладающих различной структурой и свойствами, обеспечивается поверхностным сцеплением между зернами каменного заполнителя и обволакивающим их цементным раствором. Эго сцепление есть результат взаимодействия между структурными частицами заполнителя и цементного раствора в местах их соприкосновения; оно создает напряженное состояние на поверхностях спайки. С другой стороны, как мы видели, поверхностные натяжения менисков внутри капилляров цементного камня влекут за собой деформации всего бетонного массива, а так как модули упругости цементного камня и материала заполнителя, вообще говоря, различны, то неизбежны внутренние напряжения и от усадки бетона.
Таким образом бетон, даже не находясь под действием нагрузки, испытывает начальное напряженное состояние; оно может изменяться далее под влиянием температурных перепадов, так как коэффициенты линейного расширения цементного раствора и материала заполнителя нередко имеют различную величину. Наличие начального напряженного состояния в бетоне, изменяющегося к тому же с течением времени, весьма сильно усложняет изучение тех влияний на конструкцию, которые оказывает на нее внешняя нагрузка, ибо изоляция этих влияний затруднительна.