Факторы растрескивания ВЦБ от усадки

Высоких прочностных характеристик ВЦБ достигают путем снижения водоцементного отношения, введения минеральных добавок, повышения плотности цементного камня и улучшения сцепления между вяжущим и заполнителем. При этом, данные параметры, в частности, водоцементное отношение, содержание ДГШ, золы, MK и других минеральных добавок по-разному воздействует на растрескивание ВЦБ от усадки.

Для исследования влияния водоцементного отношения были проведены исследования трех видов растворов с В/Ц 0.3, 0.35 и 0.4; отношение цемент: стандартный песок = 1:2. В ходе эксперимента были отформованы по четыре образца каждого вида размером 25x25х280 мм. Расплыв конуса растворов составлял около 120 мм. Через 24 часа после заливки раствора в формы они были распалублены и помещены на 2 суток в воду с температурой 20° С. Затем измеряли первоначальную длину образцов, помещали их в камеру с сухим воздухом (20° С, RH = 60 ± 5%) и определяли усадку в возрасте 1, 3, 7, 14 и 28 суток. Возраст образцов считается с момента помещения их в камеру.
Для расчета степени контракционной усадки раствора в различном возрасте использовали следующую формулу:

где еt - степень усадки раствора;
Lt - длина образцов раствора в возрасте t (мм);
L0 - первоначальная длина образцов раствора (мм).
Результаты испытания усадки трех видов растворов показаны на рис. 7.20.

Результаты испытания растворов показали, что с повышением водоцементного отношения в интервале от 0.30 до 0.40 отн. ед. наблюдается снижение усадки. Результаты испытания контракционной усадки бетонов с В/Ц отношением 0.30 и 0.40 приведены в табл. 7.10.

Результаты испытания контракционной усадки показали (рис. 7.21), что в возрасте до 7 суток степень усадки ВЦБ с большим В/Ц отношением ниже. Результаты исследования (рис. 7.22), полученные с помощью метода кольца, позволили установить, что при В/Ц = 0.30 первоначальная трещина появляется в возрасте 3 суток, а при В/Ц=0.40 - несколько позже (в возрасте 4 суток). По данным рис. 7.22 выявлено, что с повышением В/Ц отношения тенденция развития максимальной ширины трещины с повышением возраста бетона снижается.

Таким образом, при В/Ц в интервале от 0.3 ло 0.4 отн. ед.. чем меньше водоцементное отношение, тем тенденция к растрескиванию бетона выше, т.е. при других одинаковых условиях снижение В/Ц отношения значительно увеличивает раннюю контракционную усадку ВЦБ. В то же время происходит увеличение динамического модуля упругости, а способность к релаксации напряжений снижается, что свидетельствует об увеличении растрескивания ВЦБ от усадки при уменьшении В/Ц отношения.

При исследовании усадки от высыхании раствора с ДГШ был использован следующий состав: вяжущее вещество (цемент + ДГШ) : стандартный песок = 1:2; В/Ц = 0.30; 30% цемента было заменено на ДГШ с удельной поверхностью 400, 600 и 800 м2/кг. Результаты исследования усадки раствора приведены на рис. 7.23.

Результаты испытаний показали (рис. 7.23), что при 30%-ной дозировке ДГШ с различной тонкостью помола происходит значительное снижение усадки раствора, причем наибольшее снижение зафиксировано для ДГШ с удельной поверхностью 800 м'/кг. Составы и результаты исследования контракционной усадки и максимальной ширины трещины для ВЦБ с 30%-ным содержанием ДГШ с удельной поверхностью 400 или 800 м2/кг приведены, соответственно, в табл. 7.11 и на рис. 7.24 и 7.25.

В целом, введение 30% ДГШ увеличивает тенденцию растрескивания от усадки ВЦБ, чем тонкость помола выше, тем сильнее данное влияние. Поэтому при проведении инженерных работ необходимо обращать внимание на усадку от дозировки и тонкость помола ДГШ, чтобы в соответствии с требованием прочности и подвижности бетона снизить дозировку и тонкость помола ДГШ.
Результаты испытаний (рис. 7.25), полученные кольцевым методом показали, что замена 30% цемента ДГШ с удельной поверхностью 400 м2/кг приводит к появлению первой трещины чуть раньше, но практически не влияет на максимальную ширину раскрытия трещин. Для составов с удельной поверхностью ДГШ 800 м2/кг происходит не только более ранее формирование первой трещины, но и увеличение ее максимальной ширины на всем исследуемом интервале.
Введение ДГШ не приводит к увеличению общей ранней усадки ВЦБ (рис. 7.24), однако, в связи с повышением раннего динамического модуля упругости (рис. 7.12) и снижением ползучести (рис. 7.14), тенденция к растрескиванию ВЦБ чуть выше, чем для контрольного состава, особенно для высокопрочных бетонов с большой тонкостью помола (удельная поверхность 800 м2/кг) ДГШ.
В целом, при 30%-ной дозировке ДГШ наблюдается увеличение тенденции к растрескиванию ВЦБ от усадки; чем выше тонкость помола, тем это влияние сильнее. Поэтому необходимо обращать особое внимание на изменение усадки от дозировки и тонкости помола ДГШ; для повышения прочности и подвижности бетона, как правило, следует снижать дозировку и тонкость помола ДГШ.

Для исследования раннего растрескивания растворов с золой были изготовлены составы с отношением вяжущих веществ к стандартному песку = 1:2 и В/Ц = 0.3. Результаты испытаний усадки при высыхании растворов с золой приведены на рис. 7.26. Установлено, что с увеличением дозировки золы до 30% наблюдается существенное снижение усадки растворов; повышение содержания золы более 30% не оказывает столь значительного воздействия на исследуемый параметр.
Составы ВЦБ с золой приведены в табл. 7.12; результаты исследований, полученные с помощью метода контракционной усадки и кольцевым методом, представлены, соответственно, на рис. 7.27 и 7.28.

Полученные результаты показали, что введение золы приводит к значительному снижению усадки ВЦБ. Первые трещины в высокопрочном бетоне с золой появляются в возрасте 6 суток, что гораздо позднее, чем для контрольного состава бетона. Максимальная ширина трещин в каждом возрасте также значительно меньше контрольных значений, поэтому замена цемента золой может значительно снизить тенденцию к растрескиванию ВЦБ от усадки.

Зола принимает гораздо меньшее участие в процессе ранней гидратации. Введение значительного количества золы взамен цемента при корректировке водопотребности состава приводит к снижению содержания продуктов гидратации на единицу объема в раннем возрасте, за счет чего структура цементного камня становится более рыхлой. Анализ микроструктуры показал (рис. 7.29), что введение золы приводит к снижению числа пор размером от 3.2 до 100 нм, уменьшению ранней контракционной усадки; одновременно с этим, за счет формирования более плотной структуры, наблюдается уменьшение усадки ВЦБ при высыхании по сравнению с контрольным составом бетона.

Замена части цемента золой позволяет снизить ранний динамический модуль упругости ВЦБ (рис. 7.12) и упругое растягивающее напряжение при ограничении усадки по сравнению с другими минеральными добавками
Хотя введение золы приводит к уменьшению ползучести бетона (рис. 7.14), при испытании усадки методом кольца установлено, что развитие внутреннего упругого напряжения при растяжении идет более медленно. Таким образом, в результате воздействия нескольких факторов, вероятность растрескивания ВЦБ с золой от усадки ниже, чем для контрольного состава бетона.

Для проведения исследования растрескивания ВЦБ с MK от усадки были подготовлены составы, в которых произведена замена 10% цемента микрокремнеземом. Состав ВЦБ и значения пределов прочности при сжатии приведены в табл. 7.13, результаты исследования, полученные методом контракционной усадки и кольцевым методом, - на рис. 7.30 и 7.31.

При введении MK ранняя усадка ВЦБ увеличивается незначительно, а усадка в более поздние сроки имеет тенденцию к снижению (рис. 7.30); растрескивание бетонного кольца наступает быстрее, чем для контрольного состава бетона; максимальная ширина трещин в каждом возрасте также выше. Отсюда следует, что замена 10% цемента MK приводит к повышению вероятности растрескивания ВЦБ от усадки.

Частицы MK гораздо меньше частиц цемента, поэтому MK заполняет промежутки между цементом и заполнителями, поэтому, введение MK в бетонную смесь не только повышает вязкость и уменьшает водоотделение, но и приводит к формированию более плотной микроструктуры бетона. Микро-фотографии цементного камня и ВЦБ с MK в возрасте 3 суток представлены, соответственно, на рис. 7.32 и 7.33. По фотографиям цементного камня с MK в возрасте 3 суток, сделанным с помощью растрового электронного микроскопа видно, что в контактной зоне формируется большое число гелей C-S-H, но практически нет Ca(OH)2 или кристаллов Afi.
Из-за более высокой активности MK к гидратации и формирования ранних плотных микроструктур, снижается содержание крупных капиллярных пор и возрастает количество тонких капиллярных пор, особенно в раннем возрасте (рис. 7.34), что приводит к более высокой скорости миграции воды из внутренних слоев бетона.

Быстрое снижение критического диаметра внутренних пор приводит к повышению контракционной усадки, снижению ранней усадки при высыхании, а также увеличению общей усадки при введении MK. Из-за высокой ранней усадки и быстрого нарастания динамического модуля упругости ВЦБ с MfC сдерживающего усадку, происходит формирования значительных упругих напряжений при растяжении; сдерживающих усадку, низкие ползучесть и способность к релаксации напряжений приводят к повышению тенденции растрескивания ВЦБ от усадки по сравнению с контрольным составом бетона.
В более позднем возрасте (после 7 суток) в связи с медленным нарастанием контракционной усадки по сравнению с усадкой при высыхании, сформировавшаяся при введении MK более плотная микроструктура ВЦБ приводит к уменьшению общей усадки.
Проведенные комплексные исследования позволяют сделать следующие выводы:
(1) При В/Ввяж. отношении, равном 0,30-0,40, усадка ВЦБ при низком В/Ввяж. немного выше, чем для бетонов с высоким В/Ввяж.; скорость формирования первой трещины и ее максимальная ширина также выше, т.е. снижение В/Ввяж. отношения приводит к повышению вероятности растрескивания ВЦБ;
(2) Замена 30% цемента ДГШ приводит к незначительному повышению обшей ранней усадки ВЦБ; однако в возрасте 3 суток наблюдается резкое нарастание прочности и динамического модуля упругости ВЦБ. снижение способности к релаксации, поэтому формирование первых трещин в ВЦБ с ДГШ идет быстрее; максимальная ширина раскрытия трещин для составов со шлаком также выше, что особенно ярко проявляется для составов с большей тонкостью помола ДГШ (удельная поверхность 800 м3/кг);
(3) Введение золы позволяет значительно снизить общую раннюю усадку, динамический модуль упругости и способность ВЦБ к релаксации напряжений, а также существенно задержать начало растрескивания ВЦБ от усадки и снизить максимальную ширину раскрытия трещин по сравнению с контрольными составами бетона, т.е. введение золы снижает тенденцию к растрескиванию ВЦБ от усадки.
(4) Из-за большой ранней общей усадки и высокого динамического модуля упругости, сдерживающего усадку, происходит формирование высоких напряжений ВЦБ с MK при растяжении; низкая ползучесть и способность составов с MK к релаксации напряжений приводят к повышению вероятности растрескивания ВЦБ от усадки по сравнению с контрольным составом бетона.