ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Оценивая структуру бетона, необходимо обратить внимание на два основных критерия - однородность и слитность строения. Учитывая, что в легком бетоне капиллярно-пористой структурой является не только цементный камень, но и сам заполнитель, нельзя игнорировать факт миграции воды как в заполнитель, так и из него. Процесс протекает по закону маятника.

Структура материала является предпосылкой создания его свойств. Одна из основных особенностей структуры легкого бетона заключается в том, что крупный заполнитель в нем является пористым. Это, как известно, приводит к влагообмену между сухими пористыми заполнителями в легких бетонах и окружающей их оболочкой из цементного теста - камня. Сначала, после затворения, происходит миграция воды из растворной части бетона в зерна заполнителя, а через некоторое время - из заполнителя в окружающею оболочку. В течение времени миграция воды в зерно увеличивается, а затем увеличивается объем гранул заполнителя. При приготовлении бетонной смеси из водонасыщенных пористых заполнителей вода мигрирует лишь из заполнителя в растворную часть, при этом сразу же после приготовления бетонной смеси объем зерен заполнителя уменьшается. В дальнейшем эта миграция влаги периодически меняет направление до тех пор, пока в системе не устанавливается равновесное влажностное состояние. Процесс установления равновесной влажности в рассматриваемой системе подчиняется закону маятника.

Другой особенностью легкого бетона является повышенное сцепление крупного пористого заполнителя с растворной частью. Сцепление между заполнителем и цементным камнем существенно влияет на прочность и долговечность бетона. В этом случае, когда прочность сцепления ниже прочности на растяжение хотя бы одного из двух компонентов, бетон будет разрушаться из-за нарушения сцепления и прочность бетона (при растяжении) будет определяться прочностью сцепления в контакте между цементным камнем и заполнителем.

Сцепление заполнителя с цементным камнем обусловливается не только действием сил молекулярного притяжения, но и механическими усилиями, возникающими в результате проникания цементного теста в углубления и поры заполнителя. Поэтому прочность сцепления зависит не только от клеящей способности цементного теста (в т.ч. величины В/Ц), но и в значительной мере от шероховатости поверхности и характера пористости заполнителя.

Пористый заполнитель БСПГ на основе топливных отходов имеет прочность по сравнению с тяжелым меньше, но лучшее сцепление с цементным камнем благодаря родству цементирующих, более шероховатой поверхности, пористой структуре, в том числе открытой, возможности тепломассопереноса между растворной частью бетона и заполнителем.

Повышенное сцепление бетона с пористым заполнителем является не только важной особенностью структуры легкого бетона, но и предопределяет схему разрушения. Как известно, для легкого бетона характерным является разрушение по растворной части, а также по заполнителю и растворной части. В нашем случае приемлем второй вариант. Контактный слой между фазами "растворная часть - заполнитель", градиент свойств между выделенными фазами бетона - это переходная зона или поверхность раздела.

Её можно определить как область значительного изменения состава материала и его свойств и как область, обеспечивающую связь и передачу нагрузки (технологической и эксплутационной) между структурами композита. Можно выделить три типа поверхности раздела между заполнителями и растворной частью, обусловливаемые их физико-химическим взаимодействием: растворная часть и заполнители взаиморастворимы; составляющие элементы растворной части вступают в реакцию с заполнителями и образуют новые химические со­единения на поверхности раздела; растворная часть и заполнители нереакционноспособны.

Пористый безобжиговый слоистый гравий обладает хорошей адгезией к растворной части, так как на поверхности раздела происходят процессы, в результате которых появляются новообразования одновременно с процессами твердения бетона и тем самым упрочняют его. Главная роль их, однако, заключается в том, что в переходной зоне происходит своеобразная "трансформация" напряжений и деформаций, развивающихся в различных по структуре, но причастных к единой композиции компонентах - заполнителе и растворной части. Механизм развития деформационных процессов на границе раздела исследовался на модели структурной ячейки композита, которая представляет собой диск заполнителя радиусом г, окруженный растворной частью. При усадке кольца шириной не более 0,1rточки на границе раздела взаимодействуют с точками, лежащими на внешней поверхности. Граница раздела при усадке стремится увеличиться наDr, а внешний радиусR- уменьшается на АR.

Деформации растяжения на внутренней границе раздела переходят в деформации сжатия на внешней части растворного кольца. Это приводит к возникновению окружных напряжений растяжения на границе растворной части с заполнителем, которые переходят в окружные напряжения сжатия на наружной части кольца. В зоне перехода концентрируются максимальные радиальные напряжения. Под действием радиальных и окружных напряжений в тяжелом бетоне образуются трещины по поверхности раздела с заполнителем (в легких бетонах их нет) и радиальные, направленные от заполнителя в периферийные зоны растворной части.

Таким образом, бетон целесообразно представить как ассиметричный композиционный материал, состоящий из матрицы (растворной части) с регулярно расположенными заполнителями. В нашем случае поверхность раздела совершенна, т.е. адгезия между растворной частью и заполнителем больше её когезионной прочности.

Качественная картина трещинообразования связана, главным образом, не с особенностью формирования усадочных ячеек в матрице, а с присутствием в системе заполнителей. Являясь равноправным структурным элементом легкого бетона, заполнители сами создают вокруг себя поле деформаций и напряжений и определяют тем самым характер трещинообразования растворной части.

Проведенные исследования структуры легких бетонов показали, что увеличение пористости бетонов сверх нормативов значительно снижает его плотность и теплопроводность и тем самым ухудшает их эксплуатационные характеристики. Изменяя структуру материалов бетонов, можно существенно повысить их свойства.