Влияние контактного слоя заполнителя и цементного камня в кладочных растворах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Петербургский государственный университет путей сообщения

Влияние контактного слоя заполнителя и цементного камня в кладочных растворах

Беленцов Ю.А.

Кирпичная кладка один из наиболее широко используемых материалов для возведения стен жилых зданий. Кроме признанных показателей комфортности возводимых кирпичных зданий кладка позволяет обеспечить высокую надежность и долговечность возводимых конструкций. Принципиально важно развивать показатели по которым кирпичная кладка отстает от других аналогичных материалов, сохраняя ее признанные достоинства, в т.ч. способность к эксплуатации без ремонта даже при наличии существенных дефектов. Одной из причин, является сложная, многоуровневая структура кирпичная кладка.

Необходимо рассматривать кладку, как композиционный материал, формируемый взаимодействием структурных элементов различных геометрических размеров и уровня значимости. Взаимодействие структурных элементов различного уровня обуславливает определенные свойства кладки. Долговечность кирпичной кладки определяется во многом свойствами и составом раствора горизонтальных и вертикальных швов. Повышение качества кладочных растворов не возможно без изучения структуры раствора, как результата твердения вяжущих, образующих матрицу раствора. Нормативные документы предусматривают для раствора требования к прочности на сжатие (до 200-300 кг/см2), морозостойкости (до 300 циклов) и подвижности смеси (9-13 см), а так же величину сцепления при отрыве кирпича из кладки, что влияет на работу кладки при растяжении, изгибе по перевязанным и неперевязанным швам [1]. Соблюдение указанных параметров в требуемых пределах не гарантирует получение высокопрочного, надежного и долговечного раствора швов и кирпичной кладки. Причиной этого является не учитываемые факторы, определяющие формирующуюся структуру.

Структура кладочного раствора сложна и включает в себя следующие структурные элементы [2]:

а) матрицу, формируемую при твердении вяжущих, объединяющая каркас заполнителя, обеспечивающая монолитность и целостность раствора и кладки;

б) заполнитель, формирующий каркас и обеспечивающий равномерное распределение цементного камня в объеме раствора;

в) контактный слой цементного камня и заполнителя, образующейся из-за несовершенства соприкосновения заполнителя и искусственного камня.

При проектировании составов раствора наибольшее влияние обращают на выбор вяжущего и заполнителя, их выбор и соотношение, определение количества воды затворения и т.д. Подбор состава раствора заключается в определяемой требуемой прочности раствора Rраств по формулам Н.А. Попова в зависимости от вида вяжущего. Повышение качества растворов за счет изменения состава вяжущего, использования высокомарочных цементов, различных видов заполнителя и их состава достаточно изученный и эффективный путь [3,4].

Наиболее сложным для регулирования путем структуры для повышения качества кладочных растворов является контактный слой между вяжущим и заполнителем. Различные виды вяжущего и заполнителя по разному формируют данную зону, во многом определяющую структуру и свойства растворов и кладки в целом. Существуют два основных механизма формирования контактной зоны по П.И. Боженову, обеспечивающие достаточную прочность сцепления срезу и адгезии [2]:

Физико-химические связи - за счет формирования новообразований, соединяющих тело цементного камня и заполнителя при взаимопроникновении твердеющего камня в объем заполнителя, обеспечивающие «заякоревание» участков «контактной зоны» к заполнителю;

Физические связи - за счет того, что на заполнитель, погруженный в цементное тесто при твердении, действуют обжимающие напряжения, увеличивающиеся по мере гидратации цементного раствора или прочности.

Каждый из путей значим для получения однородных, прочных и долговечных растворов. Долговечность кладочных растворов во многом определяется доступностью для проникновения воды и агрессивных сред в объем раствора швов. Наиболее значим с точки зрения проникновения влаги именно контактный слой, за счет неоднородности состава цементного или иного теста, наличия избыточной воды затворения вяжущего, пылевидных и глинистых частиц на поверхности заполнителя. Величина пустотности контактного слоя цементно-песчаного раствора составляет порядка 10-11% по объему. Необходимо учитывать данный вид пор и стремиться сократить их количество за счет правильного подбора состава раствора и оптимального водоцементного отношения. кирпичный кладка пемза шлак

Для цементных растворов физико-химические связи формируются при использовании заполнителей из пемзы, шлаков и т.п., реагирующих на поверхности заполнителя с образование реакционной каймы [2]. Пористые заполнители активно реагируют за отсоса воды из объема цементного теста. Прочность сцепления цементного камня с воздушно-сухим известняком была в 1,5-1,7 раза выше, чем с гранитом, пористые заполнители имеют более высокий показатель сцепления [4]. Поэтому целесообразно использовать смесь заполнителей, прочных и пористых с определенным соотношением (например, керамзитного песка), что позволяет добиться повышения прочности раствора на растяжение и изгиб до 25-30%, при сохранении прочности на сжатии и расхода цемента. Физические связи контактного слоя цементных растворов значимы, при этом важно правильно подобрать соотношение прочности заполнителя и матрицы. При малой прочности цементного камня и высокопрочном заполнителе это приводит к тому, что образуются микротрещины в цементном камне, при низкопрочном заполнителе будет раздавлен заполнитель, в растворе образуются трещины, что приводит к увеличению дефектности структуры и уменьшению прочности [2]. Расчетная высота контактного слоя составляет величину, равную 1-3 размера зерен цемента, может достигнуть 20-90 мкм, при тонкости помола 3000см2/г. Экспериментальные данные показывают, что в растворе и бетоне нормального твердения на гранитном щебне его высота составляет 30-50мкм, на известковом щебне - 40-160мкм, тепловая обработка увеличивает высоту данной зоны в 2-3 раза [4,6].

Для известковых вяжущих картина формирования контактного слоя иная, вокруг зерен заполнителя содержащих кремнезем формируется реакционная кайма, за счет «миграции кремнезема» [5]. Вид реакционной каймы вокруг зерна представлен на Рис.1. Это объясняет получение более однородных растворных смесей на основе известкового или смешанного (известково-цементного) вяжущего. Поэтому для кладочных растворов перспективным представляется использование менее жестких и деформативных растворов с использованием естественных пластификаторов.

Для повышения эффективности использования прочности структурных элементов кладочных растворов, целесообразно выбирать их вид и состав таким образом, что бы максимально эффективно использовать их прочностные свойства. Эффективным путем регулирования является использования различных составов заполнителя, обеспечивающих наиболее выгодную протяженность зоны разрушения на основании модельного представления, как представлено на Рис. 2. Предполагая возможность разрушения в соответствии с теорией «слабого звена» -по заполнителю, матрице или контактному слою. Для каждого вида заполнителя наиболее эффективна собственная схема фракционирования:

1) При низкопрочном заполнителе наиболее выгоден вариант многофракционной упаковки с коэффициентом раздвижки зерен больше Краздв>1, что подходит для растворов на пористом песке;

2) При прочном заполнителе наиболее выгодна схема упаковки 2-х или более фракционной смеси с коэффициентом раздвижки зерен Краздв?1;

3) При слабом цементном камне эффективна схема упаковки при многофракционном составе с коэффициентаом раздвижки зерен Краздв?1;

4) При наиболее слабой зоне контакта, низкой адгезии цементного камня и заполнителя наиболее предпочтителен первый вариант упаковки с использованием однофракционного состава заполнителя или схему многофракционного заполнителя при коэффициенте раздвижки зерен Краздв>1.

Для цементно-песчаных растворов на основании предложенных схем наиболее целесообразно фракционирование песка 5-2,5; 2,5-0,5; 0,5-0.16, для формирования наиболее плотного каркаса заполнителя и снижения влияния контактного слоя. Экспериментальная проверка на растворе состава 1:3 и 1:10 (В\Ц=0,7) показала существенное повышение прочности раствора до 2 раз при сохранении расхода цемента и снижении воздухо и водопроницаемости раствора до 3раз.

Дальнейшее совершенствование качества кладочных растворов на основании изучения и направленного формирования его структуры перспективный путь, который позволяет добиться повышения основных показателей растворов и их эффективности за счет снижения дефектности структуры различных уровней значимости.

Список литературы

1. СНиП II-22-81 Каменные и армокаменные конструкции. -М.: 1983.

2. Боженов П.И. Комплексное использование минерального сырья и экология. -М.: Изд. «АСВ», 1994.

3. Комохов П.Г, Грызлов В.С. Структурная механика и теплофизика легкого бетона. - Вологда. Изд. Вологодского научного центра, 1992.

4. Горчаков Г.И. Орентлихер Л.П и др. «Состав, структура и свойства цементных бетонов» пр. Горчакова Г.И - М.: Стройиздат, 1976.

5. Значко-Яворский И.Л. Очерки истории вяжущих. -М-Л. Издательство АН СССР, 1963.

6. Шейкин А.Е. Структура, прочность и трещиностойкость цементного камня. -М.: Стройиздат, 1974г.

Размещено на Allbest.ru