Температура для бетона: Как влияет температура на прочность бетона?

Содержание

Температурный режим при заливке бетона

Содержание

  • Процесс набора прочности бетонных конструкций
  • Влияние отрицательной температуры на твердение бетона
  • Бетонирование зимой
  • Использование присадок
  • Бетонирование в условиях сухого жаркого климата
  • Заключение

Чтобы готовое изделие из бетона, после заливки, набрало необходимую проектную прочность и прослужило долгие годы, необходимо соблюдать температурный режим во время твердения. Оптимальная температура для твердения бетона +20С, при которой бетон набирает прочность за 28 суток. Но что делать, если вы заливаете фундамент осенью, когда температура воздуха чуть выше нуля? Современные технологии позволяют справиться с этой проблемой. Более того, при соблюдении определённых мер, бетонные работы можно производить даже зимой.

Процесс набора прочности бетонных конструкций

Чтобы ответить на вопрос: «При какой температуре можно заливать бетон?», необходимо понять, что происходит с бетоном во время твердения.

После приготовления бетонной смеси в ней начинает происходить химическая реакция между водой и цементом. Этот процесс называют гидратацией цемента, которая проходит две стадии:

  • схватывание
  • твердение

При схватывании в реакции участвуют алюминаты (С3А). В результате образуются иглообразные кристаллы, которые связываются между собой. Спустя 6 — 10 часов из этих кристаллов образуется подобие скелета.

С этого момента начинается твердение бетона. Здесь уже вступают в реакцию с водой клинкерные минералы (C3S и C2S) и начинает формироваться силикатная структура. В результате этой реакции образуются мелкие кристаллы, которые объединяются в мелкопористую структуру, что по сути и является бетоном.

Влияние отрицательной температуры на твердение бетона

Скорость течения гидратации сильно зависит от температуры. Снижение температуры с +20С до +5С увеличивает время твердения бетона до 5 раз. Но особенно резко замедляется реакция при дальнейшем снижении до 0С.

А при отрицательной температуре гидратация прекращается, т.к. вода замерзает. Как известно, вода при замерзании расширяется. Это приводит к увеличению давления внутри бетонной смеси и разрушению сформировавшихся связей кристаллов. Как следствие происходит разрушение структуры бетона. Также образовавшийся лёд обволакивает крупные элементы заполнителей смеси (щебень, арматуру), разрушая их связи между цементным тестом. Это приводит к ухудшению монолитности конструкции.

При оттаивании воды процесс твердения возобновляется, но уже при деформированной структуре бетона. Что может привести не только к отслоению арматуры и больших элементов заполнителя бетонной смеси, но и к трещинам. Естественно, прочность такой бетонной конструкции будет гораздо меньше расчетной.

Следует заметить, что чем раньше бетон подвергся замораживанию, тем меньше будет его прочность.

Бетонирование зимой

Так как низкая температура значительно снижает скорость твердения, а мороз губительно сказывается на конструкции в целом, значит бетон надо согреть.

Причем необходимо обеспечить равномерный прогрев. Минимальная температура для заливки бетона должна быть выше +5С. Если температура внутри смеси будет больше температуры снаружи смеси, то это может привести к деформации конструкции и образованию трещин. Прогревают бетон до момента набора критической прочности. При отсутствии данных в проектной документации о значении критической прочности она должна быть не менее 70% от проектной прочности. Если установлены требования по показателям морозостойкости и водонепроницаемости, то критическая прочность должна быть не менее 85% от проектной.

При заливке бетона в минусовую температуру используют разные технологии прогрева бетона. Чаще всего применяют способы:

  • Термоса
  • Электронагрева
  • Паропрогрева

Метод термоса

Данный метод используется при массивных конструкциях. Он не требует дополнительного обогрева, но температура укладываемой смеси должна быть более +10С. Суть данного метода состоит в том, чтобы уложенная смесь, остывая, успела набрать критическую прочность. Химическая реакция твердения бетона является экзотермической, т.е. выделяется тепло. Поэтому, бетонная смесь подогревает сама себя. При отсутствии теплопотерь бетон может разогреться до температуры более 70С. Если опалубку и открытые поверхности защитить теплоизолирующим материалом, снизив таким образом теплопотери твердеющего бетона, вода не замерзнет и бетонная конструкция будет набирать прочность.

Для реализации метода термоса не требуется дополнительного оборудования, поэтому он является экономичным и простым.

Электронагрев бетонной смеси

 

Если в установленные сроки нельзя обеспечить набор критической прочности методом термоса, то прибегают к электронагреву. Разделяют три основных способа:

  • прогрев электродами
  • индукционный нагрев
  • использование электронагревательных приборов

Способ прогрева электродами заключается в следующем, в свежеуложенную смесь вводят электроды и подают на них ток. При протекании электрического тока электроды нагреваются и обогревают бетон. Следует отметить, что ток должен быть переменным, т.к. при постоянном токе происходит электролиз воды с выделением газа. Этот газ экранирует поверхность электродов, сопротивление тока возрастает и нагрев существенно снижается. Если в конструкции используется железная арматура, то её можно использовать в качестве одного из электродов. Важно обеспечить равномерность прогрева бетона, и осуществлять контроль температуры. Она не должна превышать 60С.

Расход электроэнергии при данном способе варьируется в пределах 80 – 100 кВт*ч на 1 м3 бетона.

Индукционный прогрев используется редко, в силу сложности реализации. Он основан на принципе бесконтактного нагрева электропроводящих материалов токами высокой частоты. Вокруг стальной арматуры обматывают изолированный провод и пропускают через него ток. В результате появляется индукция и происходит нагрев арматуры.

Расход энергии при индукционном прогреве составляет 120 – 150 кВт*ч на 1 м3 бетона.

Ещё один из способов электронагрева бетона – это применение электронагревательных приборов. Существуют греющие маты, которые раскладываются на поверхности бетона и включаются в сеть. Так же можно соорудить над бетоном подобие палатки и уже внутри поставить электронагревательные приборы, например тепловую пушку. Но в данном случае необходимо позаботиться об удержании влаги в бетоне, не допустить преждевременного высыхания.

При температуре окружающего воздуха -20С расход электроэнергии, при данном методе, будет составлять 100 — 120 кВт*ч на 1 м3 бетона.

Паропрогрев бетона

Прогрев бетона паром является весьма эффективным и рекомендуется для тонкостенных конструкций. С внутренней стороны опалубки создаются каналы, через которые пропускают пар. Можно сделать двойную опалубку и пропускать пар между её стенками. Так же можно проложить трубы внутри бетона, и пропускать пар по ним. Бетон этим способом нагревают до 50 – 80С. Такая температура и благоприятная влажность ускоряет твердение бетона в несколько раз. Например, за двое суток, при данном методе, бетон набирает такую же прочность как при недельном твердении в нормальных условиях.

Но у этого метода есть существенный недостаток. Требуются внушительные затраты на его организацию.

Использование присадок

Ещё одним способом зимнего бетонирования является использование химических ускорителей твердения и противоморозных добавок. К ним относятся хлористые соли, нитрит натрия, карбонат кальция и др. Эти добавки понижают температуру замерзания воды и ускоряют гидратацию цемента. Их использование позволяет обойтись без прогрева бетона. Некоторые добавки повышают морозостойкость бетона, тем самым гидратация происходит даже при -20С.

Использование присадок обладает рядом недостатков. Их наличие в смеси пагубно сказывается на арматуре, начинается процесс коррозии. Поэтому использовать их можно только в неармированной конструкции. Также, при использовании противоморозных добавок, в зимний период, бетон наберёт прочность не более 30%. При наступлении плюсовой температуры произойдет оттаивание и дальнейший процесс набора прочности. Поэтому в бетоне, работающем при динамических нагрузках (фундамент под вибростанки, молоты и т.

д.), использовать добавки нельзя.

Бетонирование в условиях сухого жаркого климата

Наряду с холодом бетон боится жары. Если температура окружающего воздуха превышает 35С и влажность менее 50%, то это способствует повышенному испарению воды из бетонной смеси. В результате водноцементный баланс нарушается и процесс гидратации замедляется или вовсе прекращается. Поэтому необходимо применять определённые меры по защите смеси от потери влаги. Можно понизить температуру свежеприготовленной смеси, если использовать охлаждённую воду, либо разбавить воду льдом. Этот нехитрый способ позволит избежать значительной потери воды при укладке смеси. Но через некоторое время смесь нагреется, поэтому следует позаботиться о дальнейшей герметичности конструкции. Опалубка должна быть герметичной, чтобы избежать потерь влаги через трещины. Впитывающую поверхность опалубки необходимо обработать специальным составом, ограничивающим сцепку с бетоном и поглощение влаги из него.

Необходимо оградить твердеющий бетон от воздействия прямых солнечных лучей. Для этого поверхность бетона укрывают мешковиной или брезентом. Через каждые 3 — 4 часа необходимо производить смачивание поверхности. Причём период увлажнения может достигать 28 суток, т.е. до полного набора прочности.

Одним из способов защиты при дефиците воды является возведение над поверхностью бетонной конструкции воздухонепроницаемого колпака из плёнки ПВХ толщиной не менее 0,2 мм.

Заключение

При +20С бетон набирает прочность за 28 суток. Бетонная смесь, без использования методов нагрева или охлаждения, твердеет при температуре от +5С до +35С. Но время набора проектной прочности будет разным. Чем выше температура смеси, тем быстрее она твердеет. Для заливки бетона выходящего за рамки указанной температуры, необходимо использовать определённые методы.

При отрицательных температурах надо прибегать к методам нагрева на протяжении всего срока набора критической прочности. Необходимо чтобы нагрев смеси был равномерным, без больших перепадов температуры в центре и на периферии. Так же необходимо осуществлять постоянный контроль за температурой.

Если же температура выше +35С, то необходимо принимать меры по охлаждению смеси в момент приготовления, транспортировки и укладки. Это делается для предотвращения потери воды и, как следствие, нарушению водноцементного баланса, что негативно сказывается на прочности бетонной конструкции. После укладки необходимо либо увлажнять бетон, либо обеспечить герметичность конструкции.

Разрешенная температура заливки бетона на открытой площадке в холод и жару

Дата публикации: 28.05.2021

1639

Температура заливки бетона влияет как на технико-эксплуатационные показатели монолита, так и на скорость и принципиальную осуществимость процесса отверждения. Если не соблюсти температурные требования, бетонная конструкция может потрескаться или не достичь заявленной прочности и в дальнейшем деформироваться, либо разрушиться полностью.

 

Чтобы бетон набрал проектную прочность, поддерживать оптимальный уровень температуры (около +20°C) нужно не только в ходе заливки, но и вплоть до завершения отвердевания, т.е. минимум 28 дней.

 

Иногда приходится заливать бетон в мороз, либо погода резко ухудшается до окончания строительных работ. Тогда на помощь приходят разные способы прогревания бетона, введение в смесь противоморозных присадок, утепление конструкции и пр. Конечно, это влияет на цену строительства, удорожая его. Перед выбором метода прогрева следует внимательно изучить правила применения и специфику каждого из них.

Прочность бетонных конструкций

После смешивания цемента с водой текучесть раствора сохраняется в течение нескольких часов, но затем начинается сгущение, запускается процесс застывания и отвердения.

Для схватывания бетона требуется от 20 мин. до 20 ч., скорость процесса определяется температурой окружающей среды. В морозную погоду, при опускании столбика термометра до 0°C, схватывание начинается через 6-10 ч. после заливки и продолжается в течение 15-20 ч. Для набирания марочной прочности бетону потребуется еще 4 недели. Лучше всего раствор затвердевает при +20°C и высокой влажности воздуха (вплоть до 100%).

Зависимость скорости затвердевания от температуры

При +5°C скорость отверждения бетона снижается в 5 раз относительно значений, достигаемых при +20°C. В целом здесь действует правило: чем холоднее воздух, тем ниже скорость отвердевания. При опускании температуры ниже 0°C данный процесс приостанавливается, а замерзшая вода вследствие расширения разрушает бетон изнутри без возможности восстановления. Получившийся монолит уже не достигнет проектной прочности, наоборот – может трескаться, деформироваться или крошиться.

Перед тем, как купить цемент с доставкой, стоит узнать, что осуществлять заливку бетонного раствора нельзя в следующих случаях:

  • При температуре за окном +5°C и меньше, если не планируется прогревать бетон или добавлять в раствор морозостойкие присадки.
  • В межсезонье – из-за нестабильности температуры и влажности воздуха.
  • При температуре от +25°C в сочетании с уровнем влажности воздуха менее 50%, т.к. быстрое испарение воды не позволит монолиту набрать прочность.

 

Бетонирование зимой

Иногда приостановка строительных работ невыгодна или невозможна, но мороз действует разрушительно на бетон, поэтому он нуждается в подогреве вплоть до набора минимально допустимого уровня прочности. В общем случае это 70% от заявленной производителем проектной прочности, но если монолит должен быть водонепроницаемым или морозостойким, то это значение повышается до 85%. Рассмотрим самые распространенные способы прогревания бетона.

Прогрев компонентов смеси перед приготовлением раствора

Этот вариант отличается простотой и дешевизной и позволяет обеспечить температуру заливаемого бетона на уровне +35 -40°C и выше. Для этого сухие компоненты нагревают до +60°C, а воду – до +90°C.

Метод термоса

Данный способ предназначен для изготовления массивных конструкций. Заливаемый раствор должен иметь температуру не ниже +10°C. Далее, поскольку отверждение бетона относится к экзотермическим реакциям, в ходе него выделяется тепло, обеспечивающее самонагревание монолита. При снижении тепловых потерь за счет теплоизоляционных материалов можно добиться температуры от +70°C и выше.

Электронагрев смеси

Для этого можно воспользоваться тремя способами:

  • Внутрь залитого раствора вводят электроды и затем подают переменный ток, чтобы обеспечить нагревание максимум до +60°C. При укладке арматуры роль электродов можно отвести именно ей. Потребление энергии составит от 80 до 100 кВт/час на 1 кубометр бетона.
  • Метод индукции – довольно сложный и не очень популярный способ, базирующийся на принципе бесконтактного прогрева высокочастотными токами проводящих электричество материалов. Расход энергии, как правило, достигает 120-150 кВт/час на 1 м3 бетона.
  • Использование электронагревателей (греющих матов, тепловых пушек и пр. ). Потребление электроэнергии в среднем достигает 100-120 кВт/час на 1 м3 бетона, но есть риск пересыхания монолита, что требует принятия дополнительных мер по удержанию влаги.

Паропрогрев

Прогревание паром через каналы или специальные трубы в опалубке – оптимальный вариант для тонкостенных конструкций. Это обеспечивает температуру в диапазоне от +50°C до +80°C с сохранением нужного уровня влажности, что сокращает длительность отверждения в несколько раз. Но этот метод трудоемок в реализации и требует существенных финансовых расходов для обеспечения непрерывной поставки пара.

Использование присадок

Добавление в заказанный цемент противоморозных добавок и специальных химических ускорителей отверждения позволяет значительно снизить температуру замерзания воды и избавиться от необходимости нагрева бетона после заливки. Однако их не рекомендуется использовать при армировании бетона, т.к. есть риск коррозии арматуры.

Основные категории противоморозных присадок:

  1. Сульфаты.
  2. Антифриз.
  3. Ускорители.

Наибольшей популярностью сегодня пользуются:

  • Карбонат кальция (поташ).
  • Тетраборат натрия.
  • Нитрит натрия.
  • Формиат кальция или натрия.
  • Аммиачная вода.

Бетонирование в сухом жарком климате

Жара так же губительна для бетона, как и холод из-за замедления либо полного прекращения процесса гидратации. При температуре за окном от +35°C и выше и влажности воздуха не более 50% бетонный раствор придется охлаждать. Для этого можно использовать при смешивании холодную воду (или в сочетании со льдом) и герметизировать опалубку, предварительно обработав ее водозащитным составом. Также бетон надо защитить от ультрафиолета, покрыв его поверхность брезентом и смачивая с периодичностью в 3-4 часа.

Заливка бетона в теплую погоду

Лето — идеальное время для строительных проектов, поэтому менеджеры и бригады начинают сезон, стремясь максимально продлить световой день и потеплеть.

Учитывая, что угроза осени и зимы не за горами, экипажи хотят сделать как можно больше.

Летом проблем с бетоном действительно меньше, но слишком высокие температуры тоже могут вызывать проблемы.

Если вы собираетесь укладывать бетон при температуре около 90 градусов, вам нужно будет отрегулировать смесь и процесс установки, чтобы приспособиться к теплу.

В этой статье мы расскажем о шагах, которые необходимо предпринять, чтобы приспособиться к заливке бетона в жаркую погоду.

 

Содержание

  • Влияют ли тепло и влажность на бетон?
  • Бетонные испытания в теплое время года
  • Сложность финиша
  • Меньше времени установки
  • Пониженная сила
  • Повышенный риск взлома
  • Усадка при высыхании
    • Смочите основание
    • Время наливать
    • Охладите воду
    • Добавки
    • Все руки на палубе
    • Используйте солнцезащитные зонты и ветрозащитные экраны
  • Заливка бетона в теплое время года

 

Влияют ли тепло и влажность на бетон?

Летняя жара может значительно повлиять на время схватывания и прочность готовой бетонной смеси. В зависимости от того, где вы живете, лето также может быть известно своей невыносимой влажностью.

 Хотя жара сама по себе может быть не особенно экстремальной, сочетание более высоких температур и влаги в воздухе может создать проблемы при заливке бетона.

 Жара и влажность могут повлиять на прочность нового бетона, если не будут приняты особые меры предосторожности.

 

-вернуться к началу страницы

Проблемы с бетоном в теплое время года

Несмотря на то, что большинство людей наслаждаются теплыми летними месяцами, температура может затруднить заливку бетона в жаркую погоду.

Бетон лучше всего затвердевает в диапазоне от 70° до 80°F, но когда температура приближается к 90°F, вы начинаете сталкиваться с проблемами.

В мире бетона жаркая погода — это больше, чем просто температура.

Дни с низкой относительной влажностью, а также дни с высокой скоростью ветра также относятся к «жаркой погоде» и могут вызвать проблемы с заливкой бетона.

 

-вернуться к началу

Сложность финишной обработки

Бетон схватывается намного быстрее в жаркие дни, что затрудняет его выравнивание и отделку до схватывания.

 

Готовая плита, скорее всего, будет иметь деформацию и неровности поверхности летом, если не будут приняты меры предосторожности.

 

-вернуться к началу страницы

 

Меньше времени схватывания

Свежезалитые текучие бетонные смеси можно формовать с помощью удобно расположенных контрольных швов.

 

Эти соединения помогают предотвратить случайное растрескивание по мере затвердевания и усадки материала.

 

В жаркую погоду смесь схватывается намного быстрее, поэтому времени на правильное размещение этих швов будет гораздо меньше.

 

Время имеет решающее значение.

 

-наверх

 

Пониженная прочность

Ваша плита затвердевает в процессе гидратации, когда вода впитывается и образуются кристаллы.

Более холодный бетон требует больше времени для гидратации и имеет больше времени для формирования и укрепления этих кристаллов.

При более высокой температуре этот процесс ускоряется, и у смеси меньше времени для гидратации, образования кристаллов и достижения высокой прочности на сжатие.

В связи с этим необходимо принять меры для предотвращения снижения прочности и долговечности бетона в жаркую погоду.

-вернуться к началу

 

Повышенный риск растрескивания

Жаркая погода, ветер и сухая погода приводят к повышенному испарению.

 

Эти факторы окружающей среды представляют реальную угрозу для верхнего слоя бетонной плиты.

 

По мере вымывания воды из поверхностного слоя в результате испарения смесь может стать слишком сухой и более восприимчивой к растрескиванию поверхности.

 

-вернуться к началу

 

Усадка при высыхании

Даже в идеальных условиях объем влажной плиты будет отличаться от объема сухой плиты.

 

Это изменение объема еще более существенно при заливке бетона в жаркую погоду.

 

Повышенное испарение из-за более высокой температуры является основной причиной усадки плиты.

 

Искушение добавить в смесь больше воды также может вызвать усадку. Чем влажнее смесь, тем выше изменение громкости при настройке.

 

-вернуться к началу

 

Советы по бетонированию в жаркую погоду

Не беспокойтесь; по-прежнему можно заливать бетон в теплое время года без каких-либо проблем или потери качества.

 

Вот несколько советов, которые помогут вам успешно выполнять бетонные работы в теплое время года.

 

-вернуться к началу

 

Совет № 1. Смочите основание

Во время заливки вода сразу же выщелачивается из бетона и попадает в поверхность, которую вы заливаете сверху.

 

Если вы слегка увлажните поверхность перед заливкой, вы сможете сохранить влажность смеси во время процесса гидратации.

 

-вернуться к началу

 

Совет № 2. Рассчитывайте время заливки

В жарких условиях вы должны планировать заливку в самое прохладное время дня.

 

Этот временной интервал часто приходится на утренние часы.

 

Если ваш бетон замешивается за пределами площадки, а затем доставляется, постарайтесь не планировать доставку во время пиковой жары.

 

-вернуться к началу

Совет № 3. Охладите воду

Охлажденная вода может снизить температуру бетона на 10 °F. 

 

Добавление горячей воды в горячий бетон не поможет любые милости.

 

Имея под рукой промышленный чиллер для охлаждения воды перед смешиванием, вы получите значительное преимущество перед матерью-природой.

 

После добавления воды в смесь уменьшите время перемешивания. Чрезмерное перемешивание приведет к увеличению потерь воды за счет испарения.

 

-вернуться к началу

 

Совет № 4: Добавки

Добавки — это добавки к бетону, которые изменяют физические свойства готовой плиты.

 

В зависимости от используемой добавки они могут повысить прочность бетона, обеспечить защиту от коррозии и замедлить время схватывания.

 

Некоторые особенности, на которые следует обращать внимание в примесях, включают:

  • Замедление схватывания
  • Воздухововлекающая система
  • Стабилизаторы гидратации
  • Водяные редукторы 

 

-вернуться к началу

Совет № 5: все руки на палубе

Спланируйте свои бригады так, чтобы у вас было как можно больше рук при заливке в жаркую погоду.

 

Из-за более быстрого времени схватывания вам потребуется как можно больше рабочей силы для размещения опалубки, подготовки основания, выравнивания, установки контрольных швов и выравнивания, пока ваша смесь еще пригодна к работе.

 

-наверх

 

Совет № 6. Используйте солнцезащитные зонты и ветрозащитные экраны

Внимательно следите за солнечными лучами и прогнозами ветра, чтобы защитить бетон от непогоды.

 

Размещение солнцезащитных и ветрозащитных экранов может значительно снизить угрозу испарения и дать вашей плите больше времени для увлажнения.

 

-вернуться к началу

 

Заливка бетона в теплое время года

 

Несмотря на определенные трудности, заливка бетона в теплое время года все же возможна.

 

И часто это лучше, чем обливать в холодные месяцы.

 

Использование приведенных выше советов гарантирует, что ваши бетонные работы будут выполнены без сучка и задоринки.

 

Компания STEVENS обладает знаниями и опытом, чтобы гарантировать, что ваши конкретные проекты будут выполнены правильно с первого раза.

 

Чтобы узнать больше, позвоните по телефону (440) 234-7888, или нажмите кнопку ниже, чтобы начать работу над вашим конкретным проектом.

 

Оригинальную статью можно найти здесь

 

Ознакомьтесь с другими нашими статьями:

 

Какие типы оборудования используются в гражданском строительстве?

 

Новые тенденции в строительной отрасли

 

Как технологии повышают производительность в строительной отрасли

 

Мониторинг температуры бетона в экстремальных погодных условиях

Теплота, выделяемая бетоном во время твердения, называется теплотой гидратации. Эта экзотермическая реакция происходит при взаимодействии воды и цемента. Количество тепла, выделяющегося во время реакции, в значительной степени зависит от состава и крупности цемента.

Мониторинг температуры заливки бетона после укладки в соответствии с рекомендациями ASTM является одним из наиболее важных этапов строительства бетонной конструкции. Вот почему обеспечение оптимальных условий отверждения для вашего элемента имеет решающее значение, особенно в экстремальных погодных условиях. На процесс гидратации может резко повлиять, если свежеуложенный бетон подвергается воздействию слишком высоких или слишком низких температур, что ставит под угрозу развитие прочности смеси. Кроме того, если перепады температур слишком велики, может произойти термическое растрескивание. Внимательно отслеживая колебания температуры в вашем бетонном элементе во время отверждения, вы гарантируете, что прочность, качество и долговечность вашей конструкции будут приемлемыми.

Теплота, выделяемая бетоном во время твердения, называется теплотой гидратации. Эта экзотермическая реакция происходит при взаимодействии воды и цемента. Количество тепла, выделяющегося во время реакции, в значительной степени зависит от состава (таблица 1) и крупности цемента.

Хотите узнать больше о том, что такое отверждение бетона? Читать этот блог

Пять фаз выделения тепла в бетоне

Выделение тепла в бетоне является очень сложной и широко исследуемой темой. Чтобы упростить этот процесс, выделение тепла во времени можно разделить на пять отдельных фаз. Тепловой профиль может меняться в зависимости от типа цемента. Типичная гидратация цемента типа I графически представлена ​​на рисунке ниже.

Таблица 1: Состав портландцемента

Фазы портландцемента

Аббревиатура (химическая формула)
Двухкальциевый силикат С 2 С
Трехкальциевый силикат С 3 С
Трехкальциевый алюминат С 3 А
Тетракальциевый алюмоферрит С 4 АФ
Сульфат кальция * CaSO4, CaSO 4 ·2H 2 O (гипс), CaSO 4 ·½H 2 O

*Сульфат кальция составляет только  ̴10% массы цемента. Остальные четыре фазы являются основными соединениями портландцемента, и их индивидуальная массовая доля изменяется в зависимости от типа цемента.

Рис. 1: Теплота гидратации цемента типа 1

Фаза I: предварительная индукция

Вскоре после контакта воды с цементом происходит резкое повышение температуры, которое происходит очень быстро (в течение пары минут). В этот период основными реактивными фазами бетона являются алюминатные фазы (C3A и C4AF). Фазы алюмината и феррита реагируют с ионами кальция и сульфата с образованием эттрингита, который осаждается на поверхности частиц цемента. Во время этой фазы в меньшей степени силикатные фазы (в основном C3S) также будут реагировать в очень малых долях по сравнению с их общим объемом и образовывать очень тонкий слой гидрата силиката кальция (C-S-H).

Фаза II: период покоя

Эта фаза также известна как фаза индукции. В этот период скорость гидратации значительно замедляется. Считается, что это связано с осаждением вышеупомянутых соединений на поверхности частиц цемента, что приводит к диффузионному барьеру между этими частицами и водой. Тем не менее, ведутся серьезные споры относительно физических и химических свойств возникновения этой стадии и методов ее прогнозирования. За это время транспортируется и укладывается свежий бетон. В это время бетон еще не затвердел и еще пригоден для обработки (пластичный и жидкий). Было показано, что продолжительность периода покоя зависит от множества факторов (тип цемента, примеси, вес/см и т. д.). Конец периода покоя обычно характеризуется начальным набором.

Фаза III и IV: увеличение силы

На этом этапе бетон начинает твердеть и набирать прочность. Тепло, генерируемое на этом этапе, может сохраняться в течение нескольких часов и вызвано в основном реакцией силикатов кальция (в основном C3S и в меньшей степени C2S). Реакция силиката кальция создает гидрат силиката кальция «второй стадии» (C-S-H), который является основным продуктом реакции, обеспечивающим прочность цементного теста. В зависимости от типа цемента также можно наблюдать третий, более низкий тепловой пик от возобновившейся активности С3А.

Фаза V: Стабильное состояние

В этот момент температура бетона стабилизируется с температурой окружающей среды. Процесс гидратации значительно замедлится, но не остановится полностью. Гидратация может продолжаться в течение месяцев, лет или даже десятилетий при условии наличия достаточного количества воды и свободных силикатов для гидратации. Однако прирост силы в этот период будет минимальным.

Что такое план терморегулирования?

План теплового контроля позволяет подрядчикам контролировать температуру раннего бетона, чтобы гарантировать, что максимальный температурный градиент не будет достигнут, чтобы он затвердел должным образом. Эти процедуры контроля температуры зависят от конкретного проекта и используемой бетонной смеси. Они определяют пределы температуры бетона, а также максимальную разницу температур бетона между сердцевиной и поверхностью, чтобы предотвратить растрескивание бетона и другие проблемы с качеством. Они также указывают, как часто следует измерять температуру бетона.

Узнайте больше о планах терморегулирования здесь!

Зачем контролировать температуру бетона?

На этапе II можно измерить температуру бетона во время его заливки. Температуру обычно измеряют, чтобы убедиться, что бетон соответствует определенным спецификациям, определяющим допустимый диапазон температур. Типичные спецификации требуют, чтобы температура бетона во время укладки находилась в диапазоне от 50°F до 90°F (от 10°C до 32°C). Однако в зависимости от размера элемента и условий окружающей среды предусмотрены различные указанные пределы (ACI 301, 207). Температура бетона во время укладки влияет на температуру бетона во время следующей фазы гидратации.

Мониторинг температуры бетона на этапах III и IV является регулярно выполняемым компонентом контроля качества. Основная причина этого измерения заключается в том, чтобы убедиться, что бетон не достигает слишком высоких или слишком низких температур. Это обеспечивает надлежащее развитие прочности и повышение долговечности бетона. Еще одна причина для мониторинга температуры отверждения бетона на этом этапе — оценка прочности на месте, где скорость гидратации является основным методом определения зрелости (ASTM C1074).

Полное руководство по методу зрелости

Бетонирование в холодную погоду

Если температура окружающей среды слишком низкая, гидратация цемента значительно замедлится или полностью прекратится, пока температура снова не повысится. Другими словами, произойдет значительное снижение или прекращение развития силы. Если температура бетона замерзает до достижения определенной прочности (3,5 МПа/500 фунтов на кв. дюйм), общая прочность бетона снижается. Это также приведет к растрескиванию, поскольку бетон не обладает достаточной прочностью, чтобы противостоять расширению воды из-за образования льда.

Чтобы обеспечить надлежащее развитие прочности и избежать растрескивания бетона, общие рекомендации предполагают, что температура бетона должна поддерживаться выше определенной температуры в течение определенного периода времени (40°F) >5°C)) в течение 48 часов) (ACI 306).

Подробнее о мониторинге температуры затвердевания бетона

Бетонирование в жаркую погоду

Обычно температура бетона во время гидратации ограничивается 160°F (70°C). Если температура бетона во время гидратации слишком высока, это приведет к тому, что бетон будет иметь высокий набор прочности на ранней стадии, но, следовательно, приобретет меньшую прочность на более поздней стадии, что приведет к снижению долговечности конструкции в целом. Кроме того, было замечено, что такие температуры препятствуют образованию эттрингита на начальной стадии и впоследствии способствуют его образованию на более поздних стадиях; что вызывает реакцию расширения и последующее растрескивание.

Кроме того, проблемы с высокой температурой вызывают озабоченность, особенно при заливке массивного бетона, когда внутренняя температура может быть очень высокой из-за эффекта массы, а температура поверхности ниже. Это вызывает температурный градиент между поверхностью и сердцевиной, если эта разница температур слишком велика, это вызовет термическое растрескивание.

Узнайте, как Giatec 360 может помочь вам анализировать градиенты температуры бетона!

Снижение ненадлежащей температуры гидратации бетона

В настоящее время существует несколько методов для смягчения неблагоприятных последствий неправильной температуры гидратации. Можно использовать два подхода или их комбинацию для контроля температуры во время фазы покоя и фазы набора прочности в процессе гидратации. Один из подходов заключается в контроле температуры окружающих элементов или смешивании компонентов. Второй подход заключается в оптимизации дизайна микса.

Контроль температуры бетона во время смешивания и отверждения

В холодную погоду температуру бетона можно контролировать, обеспечивая соответствующие условия отверждения для поддержания изоляции и прироста прочности, например, с помощью систем отопления. Высокие температуры отверждения также можно контролировать при заливке массы с помощью охлаждающих трубок.

Температуру при укладке бетона можно несколько контролировать, используя холодную воду для замеса, охлаждая заполнители льдом или заливая смесь ночью, когда температура естественным образом ниже.

Контроль температуры бетона при расчете смеси

Эффективный подход к контролю выделения тепла при гидратации цемента заключается в разработке состава смеси, подходящего для применения и условий окружающей среды. Вот некоторые моменты, которые следует учитывать:

  • Выбор соответствующего типа цемента изменяет выделяемую теплоту гидратации. По сравнению с цементом типа I тип III выделяет больше тепла, тип II выделяет умеренное количество тепла, а тип IV выделяет меньше тепла, чем другие;
  • Регулировка крупности цемента. Более мелкий цемент выделяет больше тепла;
  • Использование дополнительных вяжущих материалов (SCM) также является эффективным средством снижения выделения тепла во время гидратации. Замена части цемента, например, шлаком или летучей золой снижает количество химически активного материала на ранних стадиях. В свою очередь, это снижает количество выделяемого тепла и замедляет набор прочности бетона; и
  • Добавление других типов добавок, таких как замедлители и ускорители схватывания.
РубрикаРазное