Про неоднорідність бетону говорять значно рідше, ніж про його міцності, деформативності, морозостійкості. Однак ця властивість заслуговує більш уважного ставлення. Хто ж не знає, що таке однорідність і неоднорідність?
Ці поняття використовуються буквально у всіх областях людської діяльності: однорідні і неоднорідні функції в математиці, однорідна атмосфера в фізиці, однорідна деформація в техніці, однорідні і неоднорідні суміші в хімії та технології. А скільки витрачається праці на те, щоб створювані матеріали (сплави, бетони, кераміка) вийшли більш однорідними; для цього створюють все більш складні змішувачі та гомогенізатори. Але однорідність виявляється недостатньою, і технологи зі своєю сировиною та обладнанням спрямовуються в космос, в невагомість, щоб сила тяжіння не погіршувала однорідності створюваного матеріалу.
Так що ж це за властивість, зване однорідністю, і що таке неоднорідність? Спробуємо сформулювати: однорідність - це. Втім, давайте заглянемо до Великої Радянської Енциклопедії. Шукаємо: «оглядовість», «вогнетривкість», «обдарованість», «натхненність». всякі властивості є, а «однорідності» немає. Подивимося на букву «н»: «незворотність», «неодолимость», «неодушевленность». Все є, крім «неоднорідності». Немає цих термінів і в інших енциклопедіях, - у Філософської, Технічної, Географічною і інших - включаючи Велику Британську Енциклопедію.
Терміни «неоднорідність», «неоднорідне тіло» і т. П. Відсутні в тлумачному словнику живої великоросійської мови Володимира Даля. Немає їх і в словнику Ожегова, немає в Політехнічному словнику, не знайшлося для них місця і в десятитомній виданні «Науково-технічна термінологія», а також в словниках, випущених Академією Наук СРСР: в Словник тлумачного словника природничих термінів і в Логічному словнику-довіднику . Марно також ритися в тлумачному словнику математичних термінів, в Філософському словнику і багатьох, багатьох інших. Як же в такому випадку можна дати визначення такому явищу як неоднорідність бетону?
Ось як оцінюється однорідність бетону фахівцями?
А. П. Меркин, вельми глибоко досліджував структуру пористих бетонів, писав, що, незважаючи на очевидну важливість, на сьогодні немає єдиного трактування поняття однорідності і методів її оцінки.
Г. І. Горчаков відзначає важливість однорідності розподілу компонентів бетону.
І. А. Рибьев розглядає бетон як штучний будівельний конгломерат і виділяє в ньому п'ять масштабних рівнів.
В. І. Соломатов вважає бетони матеріалами поліструктурності (структура в структурі).
А. Е. Шейкин відзначає фізичну і хімічну неоднорідність продуктів гідратації цементу.
І. А. Іванов пише, що в бетоні закладені певні суперечності, пов'язані з поняттям однорідності - в якій мірі конгломерат матеріал, який є за своєю природою неоднорідним, чи стосується це спричинило його структурі або тільки до властивостей.
П. Г. Комохов показав, що в навантажувати конструктивному елементі неминуче утвориться зона початку руйнування, де і виникає перша магістральна тріщина, яка веде до деструкції.
Неможливо перелічити всіх дослідників, які звертали увагу на неоднорідність бетонів і її вплив (найчастіше негативне) на експлуатаційні властивості бетонних виробів. Тут доречно буде російська приказка: де тонко, там і рветься. Неоднорідність і створює ці тонкі місця.
Таке твердження підтверджується прямим експериментом. Відомо, що інгредієнтами газобетонной суміші є: в'яжучі (цемент, вапно), наповнювач (мелений пісок, зола ТЕЦ), газообразователь (алюмінієва пудра) і вода. Найважче рівномірно розподілити за обсягом суміші газообразователь. По-перше, його дуже мало (частки відсотка). По-друге, частинки алюмінієвої пудри злипаються в гранули різних розмірів. По-третє, кожна частка покрита шаром парафіну, що робить пудру гідрофобною. Кожна із зазначених особливостей пудри вносить свою частку неоднорідності в газобетонну суміш.
Суть експерименту полягала в наступному: готували три види газобетонной суміші з однаковими витратами в'яжучого, наповнювача і води. У першому випадку в суміш вводили суху (гидрофобную) алюмінієву пудру, у другому - пудру вводили у вигляді гидрофильной суспензії (зараз так роблять на всіх заводах з виробництва пінобетону). У третьому випадку суміш додатково перемішували швидкохідному турбулентному змішувачі. З усіх трьох видів суміші виготовили контрольні зразки, запарили їх одночасно в одному автоклаві, після чого витримали протягом доби в приміщенні лабораторії і випробували на щільність і міцність.
В результаті при однаковій щільності газобетону, міцність зразків склала, відповідно, 100, 130, 190 відсотків. Така роль неоднорідності.
Пильна увага до розглянутого феномену призвело до появи нового підрозділу науки - теорії неоднорідності. При цьому розкрилися цікаві речі: наприклад, існує аддитивная характеристика неоднорідності, що має розмірність одиниць роботи і, на відміну від статистичних методів, що дозволяє підсумувати різні види неоднорідності одного об'єкта; існує глобальна еволюційна тенденція руху від однорідності до неоднорідності, яка в рамках живої природи характерна і для філогенезу, і для онтогенезу. Але це окрема розмова.
В рамках же популярного бетоноведенія представляють інтерес наступні приватні висновки Теорії неоднорідності:
- Удосконалення конструкційний матеріал не може здійснюватися тільки за рахунок виключення з досягнутого арсеналу впливів будь-яких прийомів або інгредієнтів. Неминуче і розширення арсеналу, а, отже, нарощування неоднорідності.
- Отже, неоднорідність бетону є єдино можливою формою його існування, а не якимось фатальним недоліком. До підступності неоднорідності слід віднести те, що вона містить в собі і позитивні можливості, потрібно тільки їх розглянути.
- Неоднорідність сама по собі неоднорідна. Наприклад, нерівномірний розподіл інгредієнтів бетону в конкретному блоці призводить до зниження його міцності - це неоднорідність об'єкта, але і при самому ретельному дозуванні складових, і при максимально однаковому перемішуванні міцність різних блоків буде неоднаковою - це неоднорідність продукції; різні види неоднорідності вимагають різних прийомів реагування.
Якщо уважно розглянути всю сукупність існуючих бетонних елементів, то можна побачити, що на певному етапі з'явилися автоклавні вироби. в яких міститься новий компонент - мелений пісок, а цемент замінений вапном. Потім виникли грунто-силікати, що містять замість цементу їдкий луг. Ні числа з'являтимуться добавкам-прискорювачів, пластифікатора. Все це нарощує неоднорідність існуючої сукупності бетонних виробів, але не сприймається як негативне явище.
Всі бетонні елементи з'являються, існують і зникають в поле тяжіння Землі, в оточенні її атмосфери, вони сприймають різні зовнішні впливи, серед яких і механічні сили, і агресивне середовище, і коливання температур. Максимальним руйнівним діям піддається поверхню елемента, яка є кордоном між елементом і навколишнім середовищем; внутрішні ж зони, екрановані власним тілом елемента, піддаються істотно меншим впливів. Внаслідок цього навіть самий однорідний елемент буде характеризуватися неоднорідним напруженим станом.
Проти цього явища знайдено засіб, назване варіатропіей. Цікаво те, що з неоднорідністю напруженого стану борються шляхом свідомого внесення неоднорідності в структуру виробів, для чого розроблені досить прості та ефективні технологічні прийоми, створено необхідне промислове обладнання, здійснено впровадження розробки у виробництво. Але це - також окрема розмова.
Легке ставлення до неоднорідності лягає важким тягарем на економіку бетонів, і особливо це відноситься до пористих бетонів, у яких регламентована не тільки міцність, але і теплопровідність. Справа в тому, що проектувальники оперують фактичними, а так званими розрахунковими значеннями міцності і теплопровідності бетонів, які враховують можливі коливання характеристик, т. Е. Які беруть до уваги фактичну неоднорідність виробів. При цьому розрахункове значення міцності бетону близько до мінімальної величини, а теплопровідності - до максимальної, і в 95% випадків фактичні показники виробів не відповідають розрахунковим, а за це треба платити.
Якщо з неоднорідністю об'єкта можна боротися шляхом вдосконалення методів перемішування, то з неоднорідністю продукції - складніше, оскільки тут більше факторів, що впливають: температура компонентів і навколишнього середовища, що змінюються від замісу до замісу, похибка дозування кожного з компонентів, коливання вологості повітря і атмосферного тиску і т . д.
Особливо важко боротися з неоднорідністю ячеисто-бетонної продукції, оскільки практично неможливо отримати однакову щільність пористого бетону в двох різних замісах. Особливо це відноситься до газобетону, який спучується не завжди на строго однакову висоту, через що змінюється його щільність.
Неприємним наслідком нестабільності спучування є вимушене штучне зниження практично всіх експлуатаційних характеристик газобетону. Від щільності будь-якого поризованного матеріалу залежать всі його показники, включаючи міцність, теплопровідність, стійкість, усадку і ін .; наприклад, міцність газобетону є кубічної функцією його щільності, отже, зменшення останньої в два рази призводить до восьмикратний падіння міцності.
Можливість зменшення коливань щільності відкриває найширші перспективи вдосконалення технології. Можна реалізувати будь-який з перераховуються нижче шляхів. Наприклад, застосовувати більш економічні склади і режими при збереженні заданих показників газобетону. Або взяти більш високе значення розрахункової міцності. Також можна знизити розрахункову щільність виробів, а, отже, підвищити їх теплозахисні властивості, зменшити питому потребу в сировині, трудомісткість і енергоємність їх переробки. Можна скоротити і витрати на транспортування сировини і готової продукції, витрати на монтаж будівель і розширити сировинну базу газобетону за рахунок можливості застосування тих матеріалів, які вважалися неприйнятними для технології з великими коливаннями щільності. Слід зауважити, що і тут знайдено спосіб боротьби з неоднорідністю, що отримав ім'я автофреттаж - і це теж предмет окремої розмови.