Контактный слой и его влияние на свойства бетона

И наконец, третья структурная составляющая твердой фазы бетона. Она представляет собой контактный слой между зернами крупного заполнителя и цементным камнем. Этот слой в значительной мере определяет сплошность, проницаемость и стойкость бетона. От состояния контактного слоя зависит, будет ли бетон работать как единая структура. По данным ряда исследований [7], в бетоне нормального твердения на гранитном щебне ширина контактного слоя составляет 30 — 50 мкм, на известковом щебне 40— 160 мкм. Тепловая обработка, как правило, увеличивает ширину этого слоя. Последний состоит из контактной зоны цементного камня и контактной зоны крупного заполнителя, которая особенно заметна у более мягких, пористых, неоднородных в минералогическом отношении заполнителей. Объем контактного слоя в бетоне пропорционален площади поверхности заполнителя и, следовательно, тому количеству воды, которое идет на смачивание поверхности зерен заполнителя.

По своему составу и свойствам контактная зона отличается от остального цементного камня. Сращивание зерна заполнителя с цементным

Глава 2. Железобетонные опоры

камнем связано с миграцией гидрата окиси кальция (извести), образующегося при гидролизе трехкальциевого и двухкальциевого силиката, к поверхности зерна. В результате на поверхности заполнителя образуются кристаллы извести и карбоната кальция. Возможно также химическое взаимодействие некоторых видов заполнителей с продуктами гидратации цемента даже при нормальных условиях твердения, усиливающегося при тепловой обработке бетона. Например, некоторые природные и искусственные пористые заполнители (пемза, керамзит) содержат свободную аморфную двуокись кремния, реагирующую с известью с образованием гидросиликатов.

Прочность сцепления в контактном слое зависит от природы заполнителя, его пористости, шероховатости и чистоты поверхности зерен (отсутствия вредных примесей на поверхности), а также от вида и активности цемента, водоцементного отношения, условий твердения бетона. Определение прочности сцепления заполнителя с цементным камнем является довольно сложной задачей, кроме того, отсутствует соответствующая методика испытаний. Обычно если сцепление заполнителя с цементным камнем является хорошим, то при испытаниях до разрушения бетонных образцов наряду с разрушением по контактной зоне имеют место и разрушения по зернам заполнителя. Однако чрезмерное количество разрушенных зерен указывает на слишком низкую прочность заполнителя.

Для изготовления железобетонных опор контактной сети на первых папах их применения в основном использовался окатанный гравий. Последний отличался в бетоне чрезвычайно низкой прочностью сцепления с цементным камнем. Разрушение бетона с таким заполнителем при испытаниях опор происходило преимущественно по контактной зоне. Однако и дробленый гравий не обладал достаточной прочностью сцепления с цементным камнем, поэтому для изготовления опор в настоящее время гравий и гравийный щебень не применяют, а в основном используют заполнители гранитной группы. Бетон, изготовленный на таких заполнителях, как показывают испытания образцов и опор контактной сети, обладает высокой прочностью сцепления заполнителя и цементного камня. В некоторой степени следствием применения гранитного заполнителя для изготовления опор явилась также их повышенная трещиностойкость при воздействии внешних нагрузок.