Твердение бетона

Структура бетона создаётся во время приготовления в бетоносмесителе, укладки и уплотнения бетонной смеси и твердения бетона. Твердение бетона - весьма длительный процесс, в результате которого структура непрерывно видоизменяется, находясь, даже при отсутствии внешней нагрузки, в неравномерном внутренне напряжённом состоянии.

При затворении водой смеси из заполнителей и цемента начинается химическая реакция гидратации цемента, т.е. соединение минералов цемента с водой и образование новых соединений. В результате образуется гель - студнеобразная пористая масса новообразований (коллоидный клей). Одновременно и в течение длительного времени в твердеющем цементном камне находятся ещё не вступившие в химическую реакцию частицы цемента, гелеобразные частицы новообразований и соединения в виде кристаллов, выделяющихся из геля.

В уложенной из установки выдачи раствора бетонной смеси гель обволакивает отдельные зёрна заполнителей и постепенно твердеет за счёт кристаллизации новообразований. Кристаллы затвердевшего геля постепенно соединяются в кристаллические сростки. Процесс геле - и кристалло ­образования длится годами и носит затухающий характер. Таким образом, твердеющий гель превращается в цементный камень, скрепляющий зёрна заполнителей в монолитный, твёрдый материал - бетон.

Существенно важным фактором, влияющим на структуру бетона, является количество воды, например для приготовления смеси в бетонном мини заводе. Для химического соединения воды с цементом теоретически необходимо, чтобы водоцементное отношение В/Ц (отношение массы воды к массе цемента) было равно примерно 0,2. Но при этом количестве воды бетонная смесь получается сухая и неудобоукладываемая. Поэтому по технологическим соображениям для достижения достаточной удобоукладываемости количество воды берут с некоторым избытком по сравнению с теоретически необходимым.

Вода частично вступает впоследствии в реакцию с менее активными частицами цемента, другая часть, постепенно испаряясь, образует в цементном камне многочисленные поры и капилляры, заполненные водой, водным паром и воздухом. Поры по размерам значительно отличаются друг от друга и имеют сложную и самую разнообразную форму: 60...80% пор приходится на долю капилляров радиусом более 1 мкм (10"⁴ см). Общий объём пор в цементном камне при обычных условиях твердения составляет 25...40% от объёма цементного камня, пористость же бетона (открытая ка­пиллярная) составляет 10... 15%.

Физически бетон представляет собой капиллярно-пористый материал, в котором присутствуют все три фазы - твёрдая, жидкая и газообразная. Цементный камень также обладает сложной и неоднородной структурой, состоящей из упругого кристаллического сростка и мелкокристаллического геля. При этом такая структура считается однородной, если все три фазы распределены равномерно.

Длительные процессы, происходящие в таком материале, - изменение водного баланса, уменьшение объёма твердеющего геля, рост кристаллических сростков - наделяют бетон своеобразными упругопластическими свойствами. Эти свойства проявляются в характере деформирования бетона под нагрузкой, во взаимодействии с температурно - влажностным режимом окружающей среды и оказывают существенное влияние на прочность и деформативность бетона.