logo

Плотность бетона

Часть 1   Часть 2

Почти все технические свойства бетона как строительного материала, а именно его прочность, водопроницаемость, теплопроводность, звукопроводность, огнестойкость, морозостойкость, сопротивление коррозии и т. п., находятся в определенной зависимости от его структуры и прежде всего от плотности этой структуры, т. е. степени заполнения всего объема бетона твердым веществом. Поэтому плотность бетона является его важнейшей физической характеристикой. С другой стороны, плотность бетона до известной степени находится в наших руках, ибо ее можно регулировать соответственным выбором качественного и количественного состава бетона и метода его обработки.
Учитывая сказанное, остановимся на более детальном рассмотрении вопроса о плотности бетона.

Чтобы обеспечить возможно более плотное строение бетона, когда того требует известная совокупность ожидаемых от него свойств, необходимо так подобрать состав бетона, чтобы все пустоты между зернами заполнителя были заняты вяжущим веществом и чтобы самые зерна заполнителя не касались непосредственно друг друга, а имели между собой вяжущую прослойку; этим достигается полная связность (монолитность) всего конгломерата. Так как цемент является наиболее дорогим из всех образующих бетон материалов, то в целях его экономии подбирают гранулометрический состав заполнителя с таким расчетом, чтобы достигнуть минимального объема пустот между зернами при минимальной поверхности зерен; вместе с тем, во время укладки бетона применяют различные способы уплотнения: штыкование, трамбование, вибрирование и пр.

Однако бетон, удовлетворяющий указанным условиям, после затвердевания оказывается все же более или менее пористым. Если исключить из рассмотрения пустоты и каверны, которые могут образоваться в бетонном массиве вследствие несовершенной укладки бетона, если исключить далее возможную пористость каменного заполнителя, остается в силе основная причина — пористость цементного камня. Последняя, как мы видели в предыдущем параграфе, является неизбежным следствием избыточного расхода волы, определяемого не потребностью на гидратацию цемента, а необходимостью обеспечить бетону консистенцию, нужную для производства работ.

Остановимся вкратце на рассмотрении плотности цементного камня. Ее можно определить, во-первых, непосредственным делением объемного веса образца на удельный вес цемента; результат такого определения конечно не является вполне точным, ибо продукты гидратации цемента могут иметь удельный вес, отличный от удельного веса незатворенного цемента. С другой стороны, пористость цементного камня можно определять по потере веса образца при его высушивании: потеря веса при обычных условиях твердения образца устанавливает количество испарившейся свободной воды, которая находилась в порах камня, но там остается еще вода в полусвязанном состоянии; для удаления последней образец подвергают высушиванию при температуре 110° до постоянного веса. Определенная таким путем плотность цементного камня также не вполне точна, ибо при этом остаются неучтенными объем воздушных пор, а также изменение объема образца вследствие происходящей усадки камня.

Проф. Скрамтаев производил подобные опыты с различными цементами: портландским, пуццолановым, глиноземистым (Б. Г. Скрамтаев. Исследование прочности бетона и пластичности бетонной смеси, 1936), причем обнаружил довольно близкое совпадение результатов, получаемых обоими методами. Плотность цементного камня колебалась в пределах 56-76,5% для образцов в возрасте 45 дней и заметно уменьшалась с ростом водоцементного отношения. Аналогичные результаты получили также проф. Киреенко и инж. Шехонин в их опытах с портлендским цементом плотность цементного камня изменялась в пределах 60—75%.

Таким образом поры в цементном камне, имеющие, как мы видели, ничтожно малые поперечные размеры, занимают значительный объем от 25 до 40% видимого объема камня; этим обстоятельством можно объяснить большое влияние капиллярных процессов, происходящих внутри этих пор, на свойства цементного камня и, в частности, на его значительную усадку.

При переходе к бетону возникает естественный вопрос, изменяется ли пористость цементного камня при наличии в нем каменного заполнителя. Мне неизвестны опыты, которые давали бы категорический ответ на этот вопрос; только в статье проф. Киреенко, на которую только что была сделана ссылка, говорится о небольшой серии экспериментов с цементно-песчаным раствором состава 1:2, которые были поставлены для выяснения влияния заполнителя. Результаты этих экспериментов не обнаружили заметного различия в пористости чистого цементного камня и затвердевшего цементно-песчаного раствора. Заполнитель может, по-видимому, лишь уменьшить усадку цементного камня, но это обстоятельство оказывает незначительное влияние на общий объем пор. Поэтому следует думать, что цементный камень в бетоне обладает примерно такой же пористостью, как и без заполнителя.