Меню

Пористость цементного камня это



Свойства цемента

Долговечность цементного камня — способность цементного камня сохранять необходимый уровень строительно-технических свойств пои длительной эксплуатации. Исходя из термодинамической устойчивости продуктов твердения цемента, можно было бы сделать предположение о высокой (сотни и тысячи лет) долговечности цементного камня, однако прямых подтверждений такой стабильности цементного камня нет, поскольку портландцемент был изобретён лишь в 1824 г., а лабораторный прогноз долговечности ненадёжен. Кроме того, существует большое число трудноучитываемых факторов, способствующих разрушению цементного камня при длительной эксплуатации, обусловленных, прежде всего, его щелочной природой (рН>12), а также пористой структурой, проницаемостью её для газов, воды и растворов, т.е. цементный камень склонен к химическому взаимодействию с окружающей средой.

Можно выделить внутренние и внешние факторы риска разрушения (ограниченной долговечности) цементного камня.

К внутренним факторам, наряду со щелочной природой цементного камня, следует отнести возможность проявления цементным камнем «неравномерности изменения объёма», высокие усадочные деформации при высушивании и деформации набухания при увлажнении, а также формирование недостаточно плотной (проницаемой) поровой структуры.

Внешние факторы недолговечности определяются конкретными условиями эксплуатации (службы) цементного камня. Эти факторы могут быть причиной разрушения цементного камня при его многократном замораживании и оттаивании в насыщенном водой состоянии, а также в результате химической (сульфатной, углекислотной, щелочной) и биохимической коррозии (воздействие бактерий, грибков, мхов и т.п.). К факторам риска относятся также многократный нагрев (особенно выше 200°С) и охлаждение цементного камня, а также его попеременное увлажнение и высушивание, провоцирующие высолообразование.

Проектирование долговечных конструкций на портландцементе основывается на необходимости получения прочного камня с низкой проницаемостью и защищённой от агрессивных воздействий поверхностью. Гарантированный срок службы такого материала, в зависимости от условий эксплуатации, может составить 50-100 лет и более.

Морозостойкость цементного камня

Морозостойкость — способность цементного камня противостоять многократному попеременному замораживанию и оттаиванию в насыщенном водой состоянии.

Критерием морозостойкости цементного камня является сохранение им после определённого количества циклов замораживания-оттаивания (25, 50, до 500 и более) исходной прочности: потеря прочности при сжатии не должна превышать 5%, а потеря массы — 3% (при стандартных базовых испытаниях бетона по ГОСТ 10060.1). Для определения морозостойкости, кроме прямого замораживания при (-15+ -20)°С и оттаивания образцов в воде при (+15-и-20)»С, применяют также ускоренные методы, основанные на использовании вместо воды раствора Na2SO4 и NaCl, и замораживание при температуре -50°С (ГОСТ 10060.2, ГОСТ 10060.4). Основным фактором устойчивости к замораживанию является структура порового пространства. При проникновении воды в поры и понижении её температуры до точки замерзания образующийся лёд увеличивается в объёме примерно на 9%, что приводит к возникновению в структуре материала высоких механических напряжений и соответствующих им деформаций. Если все поры в материале будут заполнены водой, разрушение должно произойти уже после первого цикла замораживания. Повышение морозостойкости может быть обусловлено формированием в структуре определённого объёма пор, не заполняющихся водой, в которые отжимается часть воды при замораживании. В частности, при твердении цементного камня возникает система пор, заполненных паровоздушной смесью, так называемые «резервные поры», наличие которых и определяет морозостойкость цементного камня. Разрушение материала происходит тогда, когда объём «резервных пор», в которые может отжиматься вода, мал по сравнению с объёмом образующегося льда, или когда в результате многократно повторяющихся циклов замораживания все поры будут постепенно заполнены водой. Чем выше относительный объём «резервных пор» по сравнению с общим объёмом пор, заполненных водой, тем выше морозостойкость раствора, бетона. Основными источниками таких резервных пор являются поры C-S-H геля, а также контракционные поры, образовавшиеся в ходе гидратации и твердения цемента. Если объём этих пор оказывается недостаточным для достижения заданной морозостойкости бетонов и растворов, в их состав вводят специальные воздухововлекающие добавки, обеспечивающие дополнительное количество резервных пор.

Применительно к сухим строительным смесям морозостойкость составов, предназначенных для работы в атмосферных условиях, например, фасадных, обеспечивается путём минимизации капиллярной пористости и формирования дополнительного количества «резервных пор» за счет:
оптимизации гранулометрии заполнителя и наполнителя и соотношения цемент-заполнитель в составе смеси;
минимизации величины В/Ц;
применения высокоактивных быстротвердеющих цементов, обеспечивающих в ранние сроки твердения в цементном камне высокое содержание C-S-H геля;
применения воздухововлекающих добавок.

Пористость цементного камня

Модель структуры цементного камня можно упрощённо представить как состоящую из трёх составляющих: непрореагировавших с водой полиминеральных частиц клинкера, продуктов гидратации цементных минералов — цементного геля (CSH-геля) и пор разного размера: пор геля и капиллярных пор, а также контракционных пор, образовавшихся из-за уменьшения суммарного объёма твердеющей системы: цемент-вода. Структура цементного камня включает также воздушные поры (пустоты), образовавшиеся при перемешивании цементного теста.

Капиллярные поры различаются по форме и размеру, формируя на ранних стадиях гидратации взаимосвязанную систему, распределённую по объёму цементного камня. Капиллярные поры — это та часть общего объёма системы цемент-вода, которая не заполнена продуктами гидратации. Капиллярная пористость зависит от водоцементного отношения В/Ц) исходной смеси и от степени гидратации цемента. Поскольку абсолютный объём продуктов гидратации в 1,5-2 раза превышает объём входных негидратированных фаз, эти продукты занимают часть начального порового пространства, а по мере гидратации цемента объём капиллярных пор уменьшается. При достижении определённой степени гидратации цементный гель блокирует капиллярные поры в формируются структуре, поскольку средний размер микропор цементного геля 1,5-2,0 нм) на несколько порядков меньше размера капиллярных пор. Поры геля занимают около 28% общего объёма цементного геля. Размеp капиллярных пор находится в широких пределах — от десятков нанометров до 100 мкм и более, а объём капиллярных пор может достигать 40% и более в зависимости от В/Ц, характеристик цемента (фазового состава, дисперсности), степени гидратации цементных минералов, условий твердения и т.д.

Читайте также:  Вагоны для перевозки цемента характеристика

Капиллярная пористость цементного камня тем больше, чем выше начальное значение В/Ц и чем меньше степень гидратации активных фазовых составляющих цемента. Во всех случаях, в ходе гидратации цемента значение общей и капиллярной пористости цементного камня снижается, а капиллярные поры замещаются микропорами геля и порами, образующимися вследствие химической усадки (контракции).

Усадка цементного камня

Усадка — это естественное свойство Цементного камня, выражающееся в уменьшении его объема и массы. При первичной потере влаги цементным образцом необратимые деформации усадки составляют 30-50% от общей усадки. При последующем переменном увлажнении и высыхании наблюдаются обратимые знакопеременные деформации усадки-набухания. При усадке в пределах до 0,2-0,6% в цементном камне нет видимых трещин, при больших деформациях наблюдаются характерные усадочные трещины, свидетельствующие о трещи но нестойкости цементного камня.

Усадку цементного камня связывают со следующими явлениями: при относительной влажности 45-90% преобладают вызывающие усадку напряжения, связанные с испарением воды из капилляров определённого размера, при относительной влажности менее 20% и удалении адсорбированной воды преобладает эффект поверхностного сжатия твёрдой фазы. Другой составляющей усадки при высыхании цементного камня является нарушение ион-дипольного взаимодействия при удалении молекул воды как из пространства между частицами, так и потеря межслоевой воды C-S-H гелем.

Основные факторы, влияющие на величину усадки цементносодержащих материалов при высыхании, следующие:

  • повышенное количество цемента в растворах и бетонах;
  • усадка в большей степени проявляется при твердении и службе изделий в условиях повышенных температур и низкой относительной влажности;
  • цементы особотонкомолотые (S>500 м2/кг) проявляют большую склонность к усадке;
  • увеличение значения В/Ц при прочих равных условиях приводит к росту усадочных деформаций;
  • минералогический состав клинкера незначительно влияет на усадочные деформации, хотя имеется тенденция к увеличению деформаций при переходе к высокоалюминатным цементам и особенно к цементам белитового состава;
  • увеличенные деформации раствора (бетона) наблюдаются при повышенном содержании в их составе тонкодисперсных наполнителей (зол, шлаков, минеральных наполнителей).

Усадка при высыхании может быть существенным недостатком и требует регулирования и контроля для многих видов сухих строительных смесей: шпатлёвок, затирок, смесей для устройства полов.

Источник

Пористости цементного камня и кирпича

Виды пористости цементного камня, их влияние на прочность цементного камня. Влияние капиллярной пористости и технологических пустот на свойства кирпича. Расчет состава бетона. Основные виды керамических кирпичей. Модель структуры цементного камня.

Рубрика Строительство и архитектура
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 30.08.2012
Размер файла 208,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Виды керамических кирпичей. Влияние капиллярной пористости и технологических пустот на свойства кирпича

2. Виды пористости цементного камня, их влияние на прочность цементного камня

1. Виды керамических кирпичей. Влияние капиллярной пористости и технологических пустот на свойства кирпича

Самым распространенным кирпичом является общеизвестный красный или керамический кирпич, который получают путем обжига глин и их смесей.

Керамический кирпич можно изготовить двумя различными способами. Первый — пластичный метод, когда глиняную массу, влажность которой должна быть 17-30 %, при помощи специального оборудования выдавливают из ленточного пресса и после обжигают. Второй метод несколько иной и различается тем, что сырец формируют под прессом из глиняной массы не высокой влажности — 8-10%.

Производители кирпича используют чаще первый метод производства кирпича, так как кирпич, произведенный вторым способом, не рекомендуется применять в помещениях с высокой влажностью, что соответственно снижает его популярность.

Керамический кирпич разделяют на два основных вида: строительный и лицевой (облицовочный). Строительный кирпич применяется в строительстве фундамента, стен зданий и т.д., а лицевой, соответственно, в облицовке зданий и отделке помещений.

Керамический кирпич разделяют также на полнотелый, и пустотелый. Полнотелый кирпич — это кирпич, в котором отсутствуют какие-либо пустоты. Сплошной керамический кирпич имеет форму параллелепипеда размером 250?120?65 мм с прямыми ребрами, четкими гранями и ровными лицевыми поверхностями.

Логично, что пустотелый кирпич, иначе называемый — целевой или эффективный, имеет такое название, если в нем присутствуют различной формы и размеров сквозные пустоты. Чем больше пустот в кирпиче, тем он теплее и легче. Наличие пустот делает этот кирпич менее прочным, более легким и теплым, на его изготовление идет меньше сырья. Пустотелый кирпич применяют для кладки облегченных наружных стен, перегородок, заполнения каркасов высотных и многоэтажных зданий и иных ненагруженных конструкций.

Поры — один из важнейших элементов структуры большинства строительных материалов — представляют собой воздушные ячейки в материале размером от долей микрона до сантиметра. Количество, размер и характер пор (замкнутые или сообщающиеся) во многом определяют свойства материала. Крупные поры размером более 1 см называют пустотами.

Читайте также:  Ангидритовый цемент формула химическая

Пористость — степень заполнения объема материала порами, %

Обычно пористость рассчитывают исходя из средней и истинной плотности материала:

Пористость является основной структурной характеристикой, определяющей такие свойства материала как водопоглощение, теплопроводность, акустичекие свойства, морозостойкость, прочность.

Тепловые свойства кирпичу придает пористость самого материала, а внутренние поры способствуют лучшей изоляции звука. Развитие современной технологии направлено на создание поризированного (насыщенного порами) кирпича. Это второй, новейший, способ обеспечения легкости и теплоты кирпича — поризация. Наличия большего числа мелких пор в кирпиче достигают, добавляя в глиняную массу при его формовке сгораемые включения — торф, мелко нарезанную солому, опилки или уголь, от которых после обжига остаются лишь маленькие пустоты в массиве. Зачастую полученный таким образом кирпич называют легким или сверхэффективным. Поризованный кирпич обеспечивает лучшую тепло- и звукоизоляцию, по сравнению с щелевым.

Фактура поверхности керамического кирпича может быть гладкой, либо рельефной.

Наружные стены из сплошного кирпича имеют надлежащие термические сопротивления при сравнительно большой толщине: 2 — 2,5 кирпича или 52-64 см. Стены получаются тяжелыми — масса 1 м 2 стены составляет 800-1000 кг. Такие стены нередко обладают излишней прочностью.

Производство пустотелых стеновых изделий требует меньше затрат на сырье и топливо, а поскольку ускоряются сушка и обжиг тонкостенных изделий, то соответственно повышается производительность сушилок и печей. Применение пустотелых керамических изделий позволяет уменьшить толщину наружных стен и снизить материалоемкость ограждающих конструкций на 20-30%, сократить транспортные расходы и нагрузки на основание.

Пустотелый кирпич и керамические камни изготавливают из легкоплавких глин или глино-трепельных смесей с выгорающими добавками и без них. Пустоты в кирпиче и камнях располагают перпендикулярно или параллельно постели, они могут быть круглыми и прямоугольными.

Кирпич маркируется несколькими параметрами, некоторые из них обозначаются латинскими буквами. Буква F обозначает морозостойкость, этот параметр очень важен для средней полосы России (не ниже 35). Буквой М обозначается норма прочности на сжатие, то есть чем больше строительный объект, тем больше должен быть цифровой показатель. В параметрах любого кирпича также указывается цифра, которая говорит о его теплопроводности, водопоглощении, а также должны быть указаны марка, размер, вес одного кирпича, и общее количество кирпичей на одном поддоне. Стоит также отметить, что вес одного готового кирпича в соответствии с ГОСТ не должен превышать 4,3 кг.

Широкое разнообразие керамического кирпича позволяет применять его в самых разнообразных областях, от закладки фундамента, строительстве межкомнатных перегородок и несущих стен до облицовки зданий, отделки каминов и печей, а также во внутренней отделке помещений.

2. Виды пористости цементного камня, их влияние на прочность цементного камня

Пористость — степень заполнения объема материала порами. Пористость — величина относительная, выражается в процентах или долях объема материала.

Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 (сталь, стекло) до 90. 98 % (пенопласт)

Пористость материала характеризуют не только с количественной стороны, но и по характеру пор: замкнутые и открытые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2. 5 мм). По характеру пор оценивают способность материала поглощать воду.

Величина пористости в значительной мере влияет на прочность материала. Строительный материал тем слабее сопротивляется механическим нагрузкам, тепловым, усадочным и другим усилиям, чем больше пор в его объеме. Опытные данные показывают, что при увеличении пористости от 0 до 20 % прочность снижается почти линейно.

Величина прочности также зависит от размеров пор. Она возрастает с их уменьшением. Прочность мелкопористых материалов, а также материалов с закрытой пористостью выше, чем прочность крупнопористых и с открытой пористостью.

В.Н. Юнг ввел представление о цементном камне как о микро бетоне, состоящем из гелевых и кристаллических продуктов гидратации цемента и многочисленных включений в виде негидратированных зерен клинкера. Основная масса новообразований при взаимодействии цемента с водой получается в виде гелевидной массы, состоящей в основном из субмикрокристалличких частичек гидросиликата кальция. Геле подобная масса пронизана относительно крупными кристаллами Са(ОН)2. Такое своеобразное «комбинированное» строение предопределяет специфические свойства цементного камня, резко отличающиеся от свойств других материалов: металлов, стекла, гранита и т.п.

Цементный камень включает:

1. Продукты гидратации цемента:

· гель гидросиликата кальция и другие новообразования, обладающие свойствами коллоидов;

· относительно крупные кристаллы Са(ОН)2 и этрингита;

2. непрореагировавшие зерна клинкера, содержание которых уменьшается по мере гидратации цемента;

· поры геля (менее 0,1 мкм);

· капиллярные поры (от 0,1 до 10 мкм), расположенные между агрегатами частиц геля;

· воздушные поры (от 50 мкм до 2 мм), заполненные воздухом, засосанным вследствие вакуума, вызванного контракцией, либо вовлеченным при добавлении специальных воздухововлекающих веществ, повышающих морозостойкость.

Поры геля представляют собой микропоры менее 0,1 мкм. Вода, заполняющая поры геля (сокращенно «вода геля»), имеет с твердой фазой физико-химическую связь, так как адсорбционный слой воды имеет толщину до 0,15 мкм. Вода геля замерзает при низкой температуре (по некоторым данным при -78 0 С) и не переходит в лед даже при сильных морозах. Следовательно, поры геля не сказываются отрицательно на морозостойкости цементного камня и бетона. Вода, адсорбированная в порах, уменьшает живое сечение и без того малых гелевых пор, поэтому водопроницаемость цементного геля весьма мала. Часть воды затворения, не уместившейся в порах геля, располагается вне геля и образует капиллярные поры.

Читайте также:  Как правильно замешать цементный раствор для фундамента

Капиллярные поры имеют больший эффективный диаметр, чем поры геля, и доступны для воды при обычных условиях насыщения. При значительном объеме капиллярных пор, пронизывающих цементный камень, бетон имеет низкую морозостойкость и большую проницаемость, плохо сопротивляется химической коррозии и не защищает надежно стальную арматуру.

Пористость цементного камня Побщ слагается из гелевой, капиллярной и воздушной пористости:

Прочность цементного камня определяется активностью цемента и пористостью, которая, в свою очередь, зависит от В/Ц и степени гидратации цемента. Следовательно, зависимость прочности цементного камня и бетона от В/Ц выражает в сущности связь прочности со структурой, характеризуемой пористостью. По экспериментальным данным зависимость пористость — прочность линейная.

Проницаемость цементного камня определяется его пористостью и наличием трещин. Проницаемость зависит от капиллярных пор, пронизывающих цементный камень (зависимость параболическая). Коэффициент проницаемости геля очень мал, он значительно меньше, чем гранита, мрамора и других плотных материалов. Коэффициент проницаемости цементного камня с объемом капиллярных пор не более 15%, хотя и выше, чем цементного геля (полностью гидратированного цемента), но все же весьма невелик и примерно такой же, как коэффициент проницаемости плотных каменных материалов. Однако усадочные трещины, появляющиеся во время твердения бетона, а также при действии нагрузки, атмосферных факторов (замораживание и оттаивание, попеременное увлажнение и высыхание), могут сильно увеличить проницаемость. Наличие «клинкерного фонда » в виде не полностью гидратированных частиц цемента способствует зарастанию трещин и восстановлению монолитности.

Морозостойкость цементного камня определяется не общей, а капиллярной его пористостью, поскольку вода, содержащаяся в порах цементного геля не переходит в лед даже при сильных морозах. Гиперболическая кривая, изображающая зависимость показателя морозостойкости от капиллярной пористости, характеризует возможность значительного повышения морозостойкости путем уменьшения объема капиллярных пор. цементный камень кирпич пористость

Долговечность цементного камня — способность цементного камня сохранять необходимый уровень строительно-технических свойств при длительной эксплуатации. Исходя из термодинамической устойчивости продуктов твердения цемента, можно было бы сделать предположение о высокой (сотни и тысячи лет) долговечности цементного камня, однако прямых подтверждений такой стабильности цементного камня нет, поскольку портландцемент был изобретён лишь в 1824 г., а лабораторный прогноз долговечности ненадёжен. Кроме того, существует большое число трудноучитываемых факторов, способствующих разрушению цементного камня при длительной эксплуатации, обусловленных, прежде всего, его щелочной природой (рН>12), а также пористой структурой, проницаемостью её для газов, воды и растворов, т.е. цементный камень склонен к химическому взаимодействию с окружающей средой.

Модель структуры цементного камня можно упрощённо представить как состоящую из трёх составляющих: не прореагировавших с водой полиминеральных частиц клинкера, продуктов гидратации цементных минералов — цементного геля (CSH-геля) и пор разного размера: пор геля и капиллярных пор, а также контракционных пор, образовавшихся из-за уменьшения суммарного объёма твердеющей системы: цемент-вода. Структура цементного камня включает также воздушные поры (пустоты), образовавшиеся при перемешивании цементного теста.

Капиллярные поры различаются по форме и размеру, формируя на ранних стадиях гидратации взаимосвязанную систему, распределённую по объёму цементного камня. Капиллярные поры — это та часть общего объёма системы цемент-вода, которая не заполнена продуктами гидратации. Капиллярная пористость зависит от водоцементного отношения В/Ц исходной смеси и от степени гидратации цемента. Поскольку абсолютный объём продуктов гидратации в 1,5-2 раза превышает объём входных не гидратированных фаз, эти продукты занимают часть начального порового пространства, а по мере гидратации цемента объём капиллярных пор уменьшается. При достижении определённой степени гидратации цементный гель блокирует капиллярные поры в формируются структуре, поскольку средний размер микропор цементного геля 1,5-2,0 нм на несколько порядков меньше размера капиллярных пор. Поры геля занимают около 28% общего объёма цементного геля. Размер капиллярных пор находится в широких пределах — от десятков нанометров до 100 мкм и более, а объём капиллярных пор может достигать 40% и более в зависимости от В/Ц, характеристик цемента (фазового состава, дисперсности), степени гидратации цементных минералов, условий твердения и т.д.

Капиллярная пористость цементного камня тем больше, чем выше начальное значение В/Ц и чем меньше степень гидратации активных фазовых составляющих цемента. Во всех случаях, в ходе гидратации цемента значение общей и капиллярной пористости цементного камня снижается, а капиллярные поры замещаются микропорами геля и порами, образующимися вследствие химической усадки (контракции).

Основным приёмом повышения коррозионной стойкости цементного камня необходимо считать снижение его капиллярной пористости. Именно эта характеристика включена в современные нормы для бетона (ENV-206) в виде определения показателей, характеризующих «плотность» бетона, в качестве основного показателя долговечности бетона. Под «плотностью» бетона в данном случае понимают характеристику его пористости (отсутствие или минимальное содержание капиллярных пор), определяющую его низкую проницаемость для воды и водных растворов.

Нормальный расчетный состав бетона плотностью 2300 кг/м 3 определен соотношением 1:0,5:1,65:3,0. При пробном замесе 1 м 3 бетона для достижения требуемой подвижности бетонной смеси добавили 13 литров воды. Определить окончательный состав бетона.

Исходя из начальных условий, масса 1 м 3 =2300 кг, отсюда следует:

Источник