Прежде чем перейти к рассмотрению опытных данных о твердении бетона при отрицательных температурах, следует обратиться к результатам исследований по воздействию мороза на структуру и деформативность его в раннем возрасте.
В молекулярной физике вода рассматривается как система молекул, находящихся в колебательном, трансляционном и вращательном движениях. При понижении температуры воды уменьшается внутренняя энергия, замедляется самодиффузия молекул, увеличивается вероятность возникновения и роста центров кристаллизации, которые располагаются в виде ажурной структуры льда. Температура влияет на соединение и разделение нескольких простейших молекул воды. Так, например, молекулы состава Н20 существуют только у парообразной воды при очень высоких температурах. При температурах 100—200° С молекулы водяного пара имеют состав (Н20)2—дигидрол. У жидкой воды при температуре около 100° С молекулы имеют состав (Н20)3— тригидрол, а при более низких температурах число их постепенно убывает за счет удвоения тригидролов, т. е. образования молекул (Н20)6. В твердой фазе получаются молекулы (H20)J2. В критических точках, т. е. при 0 и 100° С, активность воды в химических реакциях сильно снижается вследствие агрегирования ее молекул. Кстати, кухня из мдф отреагирует на воду, так же негативно, как и бетон, поэтому её лучше эксплуатировать в сухом помещении.
При замерзании вода увеличивается в объеме примерно на 9% (плотность льда при замерзании чистой воды равна 0,917, а минерализованной выше). Вызываемые замораживанием бетонной смеси или уложенного бетона малой прочности разбухание и сдвиг зерен в контактах его составляющих приводят к нарушению сцепления между отдельными зернами еще недостаточно сцементированных между собой составляющих бетон материалов. Образующиеся тончайшие ледяные прослойки нарушают контакт между цементным раствором и крупным заполнителем, а также арматурой. Многократное замораживание и оттаивание бетона, что имеет место поздней осенью и ранней весной, когда появляются расширение и усадка его в объеме, еще больше нарушают внутреннее сцепление между составляющими материалами и приводят к увеличению потери прочности бетона.
Поверхностная и внутренняя структура бетона нарушается не одинаково при различных отрицательных температурах. При более низкой температуре образуется больше мелких кристаллов льда, а после оттаивания в структуре бетона наблюдается множество мелких пор. При быстром замерзании вода не успевает мигрировать к фронту охлаждения. Поэтому на поверхности бетона не происходит скопления и замерзания ее в виде крупных игл и линз. На рис. 6.1 представлена структура наружной поверхности образцов после их замораживания при —5 и —50° С и твердевших затем при положительной температуре. Примерно такая же структура, как при —5° С, получается при температуре —2° С. Опыты показывают, что замораживание при отрицательных температурах, близких к 0°С, обычно сильнее отражается на снижении прочности и морозостойкости бетона, чем при более низких отрицательных температурах. При температуре —20° С на поверхности опытных образцов еще наблюдаются значительные структурные нарушения.
1 сентября 2012
