Термин «плотность бетона» применяется в двух значениях:
- степень заполнения объема бетона твердым веществом, т. е. величина, обратная пористости (относительная плотность);
- масса единичного объема бетона (средняя плотность).
Пористость бетона уже была рассмотрена ранее. Она составляет обычно 10—15%, т. е. соответствующая относительная плотность бетона — 85-90%.
Рассматривая среднюю плотность, следует различать плотность бетонной смеси и бетона.
Расчетная плотность бетонной смеси (без учета содержащегося в ней воздуха) определяется как суммарная масса ее компонентов на 1 м3 смеси. Фактическая плотность смеси определяется экспериментально. Она на 1-3% меньше расчетной, что соответствует содержанию воздуха в бетонной смеси.
Плотность бетона отличается от фактической плотности бетонной смеси. Бетон, твердевший и/или эксплуатирующийся в воде, имеет большую плотность, так как вода дополнительно подсасывается в контракционные пространства.
При эксплуатации на воздухе значительная часть воды, не связанной химически, испаряется. Ее количество зависит от влажности окружающего воздуха (или диапазона колебаний влажности). Плотность бетона становится ниже, чем бетонной смеси.
Для бетонной смеси, фактическая плотность составила 2340 кг/м3. Для бетона, эксплуатирующегося в воде, приняв объем контракции 24 л/м3, получим плотность 2364 кг/м3. При его эксплуатации на воздухе, при количестве химически связанной воды 15% и равновесной влажности 3%. получим плотность 2255 кг/м3. Полностью высушенный бетон будет иметь плотность 2190 кг/м3.
Влажность и водопоглощение бетона
Основная часть пор в бетоне — капиллярные и гелевые — образует открытую пористую систему, которая легко заполняется водой. Различают несколько видов влажности бетона в зависимости от условий его эксплуатации.
Сорбционная влажность. Гелевые поры и микрокапилляры (до 0,1 мкм) конденсируют пары воды из воздуха, полностью заполняясь влагой. Приобретаемая бетоном влажность, зависящая от влажности окружающего воздуха, называется сорбционной. Но так как влажность воздуха меняется, бетон «стремится» следовать за ней, то конденсируя, то испаряя влагу.
Часто дело ограничивается колебаниями влажности поверхностного слоя, тогда как внутренние слои бетона сохраняют усредненную равновесную влажность.
Капиллярный подсос. Следующий уровень увлажнения бетона достигается в конструкциях, частично находящихся в воде. При этом бетон, остающийся на воздухе, всасывает ее капиллярными порами. Высота капиллярного поднятия увеличивается при росте пористости. Она может составлять примерно 0,5 м. На практике это происходит в фундаментах, гидротехнических и иных сооружениях, часть которых находится в контакте с водой. Бетон в зоне капиллярного подсоса более уязвим при действии мороза, чем подводный (подземный) бетон или более сухой бетон вышележащих слоев.
Вода, достигшая верхнего уровня капиллярного подсоса, испаряется. Если она содержит соли, в зоне испарения концентрация солевого раствора повышается до пересыщения. Это приводит к кристаллизации солей, рост кристаллов может приводить к трещинам и разрушению бетона (солевая форма коррозии).
Водопоглощение бетона — влажность, приобретаемая им при выдерживании в воде. Для тяжелого бетона это основная влажностная характеристика. Гелевые поры при этом полностью заполняются водой, а капиллярные — почти полностью (в них защемляется некоторое количество воздуха). Воздушные поры остаются заполненными воздухом.
Водопоглощение бетона по массе составляет обычно 4-8%, а водопоглощение по объему — 9-18%. Последний показатель характеризует пористость бетона (если пренебречь защемлением воздуха в капиллярах и воздушными порами). Его часто рассматривают как открытую пористость бетона. Поры, доступные для воды, более негативно сказываются на ряде свойств бетона, чем условно-замкнутые поры.
Водопоглощение увеличивается с ростом В/Ц и объема цементного камня в бетоне и уменьшается в процессе его твердения.
Водопоглощение определяется при постепенном погружении образцов в воду. Водопоглощение позволяет уменьшить защемление воздуха в порах. По кинетике водопоглощения можно судить о размерах пор в бетоне (крупные поры быстрее поглощают воду).
Прочность бетона при его увлажнении и насыщении водой несколько снижается. Коэффициент размягчения бетона (отношение прочностей в водонасыщенном и сухом состоянии) составляет 0,85-0,9.
Водопоглощение бетона просто определяется и поэтому иногда используется как критерий его плотности, а для некоторых бетонов и нормируется.
