График набора прочности бетона в зависимости от температуры воздуха: график по суткам, график температур

Содержание

Как происходит набор прочности бетона в зависимости от температуры?

Набор прочности бетона – это очень важная характеристика, от которой зависит долговечность и способность конструкции воспринимать расчетные сжимающие, изгибающие и крутящие нагрузки.

Схватывание и последующий набор прочности бетона в большей мере зависит от температуры окружающей среды, во время заливки бетонной конструкции. Стандартная температура воздуха, которую можно назвать «идеальной» для бетонных работ – это температура воздуха 20 градусов Цельсия.

Отклонения в меньшую или большую сторону, либо ускоряют, либо замедляют время набора прочности. При температуре окружающего воздуха от нуля градусов Цельсия и ниже, без дополнительного прогрева залитой конструкции, набор прочности бетона практически прекращается, и значительно возрастает риск ее разрушения.

Этапы набора прочности бетонных ЖБИ общего применения:

  • Схватывание бетона. Этот процесс, при плюсовой температуре происходит в первые 24 часа после заливки.
    При этом при температуре окружающего воздуха от 20 градусов Цельсия процесс начала схватывания занимает не более 60 минут, а процесс окончания схватывание занимает не более 2-3 часов после заливки. Если температура воздуха понижается, процесс схватывания значительно увеличивается и может достигать до 15-20 часов после заливки бетона. Если температура воздуха составляет от 20 градусов Цельсия и выше, схватывание бетона может составлять период от 10 до 30 минут;
  • Набор прочности бетона в зависимости от температуры. Данная величина не сильно зависит от температуры и составляет период времени, достигающий нескольких лет. В этот период времени происходят сложные химические реакции, которые усиливают прочность бетона «во времени».

Другими словами, если при процессе схватывания, были соблюдены все необходимые условия заливки, прочность бетона не вызывает каких-либо вопросов. В общем случае условия следующие:

  • Заливка бетона преимущественно в теплое время года при температуре окружающего воздуха не ниже 20 градусов Цельсия;
  • Если заливка производится в условиях температуры окружающего воздуха ниже 5 или 0 градусов Цельсия, необходимо обеспечение прогрева свежезалитой конструкции любым доступным способом. В противном случае бетонная конструкция не может набрать марочной прочности и скорей всего разрушится;
  • При заливке бетона в неблагоприятных условиях необходимо использоваться бетон с соответствующими добавками.

В любом случае соблюдается объективное правило. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем медленнее происходит схватывание и набор марочной прочности бетона.

Поэтому совет! Бетонные работы по заливке фундаментов, отмосток, капитальных стен, чаш бассейнов, всевозможных площадок, бетонирования столбиков заборов и другие работы лучше всего, дешевле всего, качественнее всего проводить в теплое время года. Это дешевле, качественнее и зачастую долговечнее.

Набор прочности бетона в зависимости от температуры: график

Одним из значимых показателей качества бетона является его прочность. Если заглянуть в государственные стандарты, то в них можно отыскать условия сжатия. Согласно им, прочность может быть равна пределу от М50-800. В качестве одних из наиболее часто используемых выступают марки цемента до М-500. Многие профессиональные строители и частные застройщики учитывают график набора прочности материала. О нём и пойдет речь ниже.

Для вас данная информация тоже может оказаться полезной, ведь из неё вы сможете узнать, через какой период времени после затворения раствора можно начинать дальнейшую работу. Это обусловлено тем, что манипуляции по проведению строительства могут предполагать нагружение конструкций из бетона. Наиболее часто в связке с этим речь идет о фундаментах, которые обязательно должны быть выдержаны в течение 28 дней перед началом возведения стен.

Набор прочности по графику

Набор прочности бетона в зависимости от температуры определяется графиком, который представляет собой временной интервал. В процессе этого раствор обретает эксплуатационные свойства, после чего можно проводить формирование финишного слоя. График набора прочности – это время, которое необходимо бетону для достижения нужного значения прочности. Если поддерживаются нормальные условия, то состав созреет за 28 дней.

В течение 5 дней можно наблюдать наиболее быстрое твердение. По истечении этого времени материал достигнет 70-процентной прочности. Последующие работы следует продолжать лишь через 28 дней, ведь только тогда материал достигнет 100-процентного уровня прочности.

Твердение и набор прочности бетона происходят по-разному для каждого конкретного случая. Для того чтобы определить сроки, проводятся испытания образцов. В теплое время в монолитном домостроении для обретения составом оптимальных свойств осуществляются некоторые операции. Например, материал выдерживается в опалубке, его оставляют дозревать и после удаления ограждений. Набор прочности бетона в зависимости от температуры будет происходить за разный период времени. Это объясняется еще и тем, что мероприятия могут проводиться в холодное время года. В этом случае для достижения марочной прочности необходимо обеспечить обогревание материала и гидроизоляцию бетона. Это обусловлено тем, что снижение температуры замедляет процесс полимеризации.

Рекомендации по ускорению процесса

Для того чтобы ускорить набор прочности и снизить время выдержки материала, необходимо использовать пескобетон, в котором низкое соотношение воды и цемента. Если это соотношение выглядит как 1 к 4, то сроки будут сжаты в два раза. Для того чтобы добиться такого результата, состав следует дополнить пластификаторами. Сократить срок созревания материала можно и искусственным способом, увеличив температуру.

Зависимость уровня набора прочности от показателей температуры материала

Набор прочности бетона в зависимости от температуры материала будет происходить по-разному. В качестве примера можно рассмотреть марки бетона в пределах от М-200 до М-300, которые были затворены на портландцементе с маркировкой в пределах от М-400 до М-500. За сутки материал достигнет трехпроцентной прочности на сжатие, если его температура будет равна -3 °C. При условиях, что смесь будет иметь температуру в +30 °C, прочность за сутки составит 35%.

За трое суток прочность достигнет 8%, если температура материала будет равна -3 °C. 60% прочности удастся добиться при +30 °C температуры за этот же период времени. Если температура материала будет равна +5 °C в течение 28 дней, то прочность материала составит 77%. Стопроцентной прочности удастся добиться за 14 дней, если температура материала будет равна +30 °C.

Контроль за процессом

Набор прочности бетона в зависимости от температуры был освещен выше. Однако важно следить за процессом в течение первой недели. Мероприятия, направленные на обеспечение условий для выдержки, выражены в:

  • электрообогреве;
  • увлажнении;
  • укрывании влагозащитными и теплоизолирующими материалами;
  • обогреве тепловыми пушками.

Нужно будет уделить внимание смачиванию поверхности. Через неделю после выработки состава конструкция может быть нагружена, это верно, если температура воздуха будет равна 25-30 °C.

Дополнительно о стадиях набора прочности

Схватывание залитого бетона происходит за первые сутки после его приготовления. Частным строителем обязательно необходимо знать, какова зависимость набора прочности бетона от температуры воздуха. Например, в теплую погоду, когда температура за окном находится в пределах 20 °C, схватывание произойдет в течение часа. Процесс начнется через пару часов, отсчет необходимо вести после соединения составляющих, а завершится через 3.

Прохладное время

При похолодании начало и завершение схватывания сдвигаются. Для схватывания будет достаточно больше суток. Если температура находится на нулевой отметке, то процесс начнется минимум через 6 часов после затворения. При таких условиях он длится до 20 часов, отсчет времени начинается после того, как раствор окажется в опалубке. В жаркий день время уменьшается. Это указывает на то, что иногда для схватывания достаточно всего лишь 10 минут.

Снижение вязкости раствора

Вами обязательно должен быть изучен процесс набора прочности бетона в зависимости от температуры. Важно знать и об уменьшении вязкости. На первой стадии смесь будет сохранять подвижность. В течение этого времени на материал может быть оказано механическое воздействие, а конструкции при этом все еще можно придать нужную форму. Продлить стадию схватывания можно тиксотропией, которая будет способствовать снижению вязкости при оказании механического воздействия.

Отличным примером может стать раствор, перемешиваемый в бетономешалке. В течение этого периода раствор дольше будет оставаться на первой стадии. Но необходимо учитывать, что многие процессы вызывают необратимые изменения в растворе, что может негативно отразиться на качестве затвердевшего бетона. Например, довольно быстро происходит «сваривание» в летний период.

Стадия твердения

Набор прочности бетона, график по времени которого описан в статье, начинается после схватывания. Этот процесс все еще не закончится и через несколько лет. Но уже через 4 недели можно определить марку бетона. Прочность материала будет набираться с разной скоростью. Максимально интенсивно этот процесс будет протекать в первые 7 дней. В первые трое суток при нормальных условиях прочность достигнет 30% от марочного значения. В течение первых двух недель раствор достигнет 70% прочности от указанного значения. Через 3 месяца этот параметр увеличится на 20%, после процесс замедлится, но не прекратится. Через 3 года показатель может повыситься в 2 раза.

Дополнительно о влиянии температуры внешней среды на твердение материала

Набор прочности бетона, особенности, график которого описаны в статье, зависит от температуры. Чем холоднее, тем медленнее будет повышаться прочность. При отрицательных температурах процесс и вовсе останавливается, так как вода замерзает, а ведь она обеспечивает гидратацию цемента. С повышением температуры набор продолжится. Но при снижении этот процесс снова остановится. Если в составе присутствуют модификаторы, время твердения уменьшается, тогда как температура, при которой процесс останавливается, снижается.

В продаже можно найти быстродействующие составы, которые имеют способность придавать бетону марочную прочность через 2 недели. Так как потепление будет способствовать сокращению процесса созревания материала, то можно утверждать, что при 40 °C марочное значение будет достигнуто через 7 дней. Поэтому заливка бетона должна осуществляться в жаркую погоду. Зимой для обеспечения нормальных условий потребуется подогрев материала, а своими силами осуществить такие работы будет проблематично, ведь потребуется специальное оборудование. Кроме того, нагревать раствор до 90 °C и выше недопустимо.

Заключение

График набора прочности бетона, условия затвердевания вами обязательно должны быть изучены перед началом работ. Таким образом, согласно графику, вы сможете определить, через какое количество времени может быть осуществлена распалубка монолитных конструкций. Демонтаж опалубки может быть осуществлён только лишь после того, как прочность материала превысит 50% от марочного значения.

При этом необходимо учитывать, что если столбик опустился ниже +10 °C, то это значение не будет достигнуто и через 2 недели после заливки. При таких условиях необходимо задуматься о подогреве раствора. Нормативно безопасный срок устанавливается на 50-процентной прочности. Тогда как приступать к дальнейшим работам можно лишь после того, как марочное значение раствора достигнет 80%.

Тепловое моделирование бетона основания моста Вудро Вильсона 0202 — Отчеты о проектах MCL — Ресурсы — MCTC — Бетон — Тротуар и материалы — Тротуары многомиллиардный проект, реализуемый Управлением автомобильных дорог штата Мэриленд и Министерством транспорта Вирджинии. Консорциум инженерных и подрядных фирм (TKC) строит конструкцию. Значительную часть общей стоимости нового моста составляют работы, необходимые для фундамента опор. Фундаменты расположены как на суше, так и в реке Потомак. Забивные сваи обеспечивают несущую способность фундамента. Залитые на место наголовники и пьедесталы завершают конструкцию фундамента. Залитые на месте верхушки свай и пьедесталы отражают размер моста и, таким образом, могут считаться массовыми бетонными укладками.

Моделирование сочетания различных температур воздуха, температуры речной воды, температуры бетона, графика укладки и изоляции бетона ранее выполнялось CTL для TKC. Офис отделения FHWA в Мэриленде запросил помощь у мобильной бетонной лаборатории FHWA для проведения независимой проверки с использованием полуадиабатического калориметра, сбора данных и программного обеспечения для моделирования. Полуадиабатический калориметр и программное обеспечение имеют торговое наименование Quadrel TM 9.0010 , продукт Digital Site Systems из Питтсбурга, штат Пенсильвания. Лаборатория FHWA PCCP в исследовательском центре Turner Fairbank Highway была привлечена к работе, поскольку сотрудники контактной лаборатории имеют опыт работы с аппаратным и программным обеспечением Quadrel. В данном отчете рассматриваются конкретно результаты моделирования укладки бетона ростверка сваи.

Постановка задачи : Прогнозирование производительности укладки бетона оголовка сваи при различных температурах воздуха, температуре речной воды, температуре бетона и времени укладки. Прогнозируйте максимальную температуру бетона, максимальный перепад температур и проверяйте нарастание прочности бетона. Необходимо моделировать различные сечения и условия. Обратите внимание, что моделирование в Quadrel не позволяет включать охлаждающие трубы в бетонный массив, как это разрешено в собственном программном обеспечении CTL .

Процедура : Материалы с рабочей площадки были защищены и отправлены в TFHRC. Офис отделения FHWA в Мэриленде предоставил информацию о конструкции бетонной смеси. Лабораторная смесь была собрана и перемешана, а полученные данные о пластиковом бетоне были записаны. Испытания на прочность на сжатие проводились через 2, 7, 14, 28 и 56 дней. Данные по бетонной смеси приведены в Таблице №1. Расчетная смесь для оголовков вместе с партией Квадрель представлена ​​в таблице 9.0007

Наконечники свай, представляющие особый интерес, были выделены. В Quadrel можно моделировать три типа условий. Условия таковы; симметричное поперечное сечение с обеими гранями с одинаковыми граничными условиями; несимметричное поперечное сечение с каждой гранью с различными граничными условиями; и состояние фундамента, когда бетон находится в контакте с основным материалом и открытой поверхностью. Геометрия поперечного сечения наголовников свай и условия окружающей среды определяли наиболее подходящий выбор для моделирования.

Таблица № 1. Данные по бетонной смеси — расчет смеси для покрытия свай
Pile Cap Mix As Designed WBJS-PC40-S75 Quadrel Mix 20206-1 Yield Adjusted
Lehigh Type I/II (Pcy) 159 162
Newcem Grade 120 GBFS 476 486
# 67 Гравий (E.L. Gardner) 1500 1888
8 Природный песок80031 1400 1064
W/C +P ratio 0.40 0.40
Water Content (pcy) 250 255
Plastic Air Content 6.
5 %		 4.5%
Slump (inches) 4 -8 6
Air Entraining Admixture Darex II (oz/cwt) Not Given 0.45
Water Reducer Type A/D WRDA -35 (унции/центнер) 3 3
High Range Water Reducer Type G Daracem-100 Addition Rate oz/cwt 8 8
Relative Yield 1.00 0.978
Theoretical Unit Weight ( lb/ft 3 ) (Yield Adjusted) 140.3 142.8
Measured Unit Weight (lb/ft 3 ) — 143.1
Concrete Temperature (°F) — 72°F
Compressive strength at 2 Days (psi) 720
7 days 4380 4490
14 days — 5700
28 days 5720 5200
56 days 6180

Compressive strength data is also found in Table #1. Двухдневные тесты потребовались из-за низкой скорости гидратации.

Данные Quadrel : На рис. 1 представлены данные зависимости температуры от времени вместе с рассчитанными эквивалентными часами созревания для образца Qdrum Mix 20206-1. Скорость тепловыделения (скорость реакции) и кумулятивное тепловыделение, выраженное в БТЕ/фунт вяжущего, представлены на рис. 2 в зависимости от часов созревания в логарифмической шкале.

Рис. Время созревания Mix 20206-1

Рисунок №2 Адиабатические тепловые характеристики — Mix 20206-1

Моделирование укладки бетона с помощью Quadrel : Для укладки бетона на верхушке сваи используются два метода строительства. К ним относятся:

  1. Изолированные опалубки, контактирующие с атмосферным воздухом : (Большинство наголовников) Внешняя сторона опалубки подвергается воздействию температуры окружающего воздуха в процессе укладки и отверждения.
  2. Неизолированные опалубки, соприкасающиеся с рекой Потомак (Несколько глубоководных свай) Несколько наиболее массивных наголовников свай находятся на большой глубине и не имеют коффердамов вокруг наголовника сваи. Это означает, что бетонные формы находятся в контакте с водой реки Потомак. Кроме того, эти формы не имеют такого же уровня изоляции, как большинство оголовков свай, рассмотренных ранее.

Моделирование: оголовки свай — изолированные формы, контактирующие с атмосферным воздухом . Глубина этих наголовников свай варьируется от минимальной 9 футов до максимальной глубины 16 футов. Ширина наголовников свай варьируется от 40 футов до 53 футов. Все они отлиты на бетонной плите. Критическим размером для теплопотерь от укладки будет глубина наголовника сваи. Основываясь на приведенной выше информации, наилучшей моделью для изолированных оголовков от Quadrel является модель фундамента. Таблица № 2 содержит диапазон условий, смоделированных для изолированных оголовков свай.

Предполагается, что температура бетонной плиты tremie составляет 60 °F.

Таблица № 2 – Наголовники свай – изолированные формы, контактирующие с атмосферным воздухом. Детали моделирования
Model Factors Range (°F) Comments
Foundation Model Air Temperature 30-90 Tremie Slab= 60°F as foundation Concrete against (foam insulation + сталь) из окружающего воздуха, слой пены на поверхности укладки
Бетон Температура 50-90
Глубина размещения (футы) 9 футов-16 футов

Моделирование неизолированных форм (наголовники для глубоководных свай) в контакте с речной сваей изолированный. Потенциально возможны два пути теплопотерь для оголовков глубоководных свай. При соотношении длины к глубине 5,4 (длина 87 футов против глубины 16 футов) можно было бы ожидать, что глубина будет определять распределение температуры в укладке массивного бетона. Однако при контакте лицевой стороны неизолированных форм с водой, теплопроводность которой находится в диапазоне 7,0 БТЕ дюйм/ч·фут·9.0009 2 по сравнению с 0,31 БТЕ дюйм/ч фут 2 [1] для воздуха, это условие также требует изучения. Для исследования случая, который определяется глубиной бетона, наиболее подходящей моделью была модель фундамента. Для исследования влияния воды, окружающей формы, наиболее подходящей моделью было симметричное поперечное сечение.

Таблица №3- Неизолированные формы, контактирующие с рекой Потомак Детали моделирования
Модель Коэффициенты Диапазон (° F) Комментарии
Фонд Модель Температура воздуха 30-90 Трим-плита = 60 ° F при температуре
.
Модель симметричной стены Температура речной воды 40-70 Бетонные стороны оголовка сваи (фанера + стальные опалубки) против реки Потомак.
Температура бетона 50-90

Детали моделирования Quadrel:

  1. Моделирование минимум на 1 месяц (672 часа)
  2. Температуру окружающего воздуха поддерживали постоянной на уровне схемы эксперимента.
  3. Температура воды в реке также поддерживалась на постоянном уровне во время моделирования.
  4. «Толщина» воды вокруг бетонной поверхности для модели, участвующей в передаче тепла, была принята равной пяти футам.
  5. Скорость течения реки не была включена в модель.

Результаты моделирования

Результаты — оголовки свай — изолированные формы в контакте с атмосферным воздухом . Пример вывода Quadrel показан на рисунке №3. Это средний диапазон допустимой температуры укладки бетона 70°F и температуры окружающего воздуха 60°F. Наносятся температурные кривые для различной глубины бетонной массы и двух поверхностей

16 футов

Комментарии к результатам Оголовки свай — изолированные формы в контакте с атмосферным воздухом Модель:

  1. Центр бетонной массы все еще находится при повышенной температуре через месяц после укладки для всех температур укладки бетона.
  2. Минимальная температура бетона будет наблюдаться либо на стыке треугольной плиты, либо на поверхности ростверка в зависимости от времени после укладки бетона.
  3. Первоначально граница раздела треугольной плиты представляет собой место минимальной температуры бетона. По мере того, как тепло передается через границу раздела к тремовой плите, температура повышается до тех пор, пока не будет найдена точка с минимальной температурой бетона на границе раздела бетон-изоляционный слой (окружающий воздух) в верхней части ростверка 9. 0235
  4. Результаты моделирования показывают, что для того, чтобы верхушка сваи глубиной 16 футов не превышала перепад 35°F, начальная температура укладки бетона должна быть ниже 65°F (см. рис. 4).
  5. Результаты моделирования показывают, что для того, чтобы верхушка сваи глубиной 9 футов не превышала перепад 35°F, начальная температура укладки бетона должна быть ниже 70°F (см. рис. 4).
  6. Изменения температуры окружающего воздуха не оказали существенного влияния на результаты моделирования
  7. Значимыми были только температура укладки бетона (значительное влияние) и глубина ростверка (незначительное влияние).

Максимальный перепад температур : Влияние температуры укладки бетона и максимальный перепад температур представлены на рисунке №4. На график нанесены максимальные перепады температур для всего диапазона предполагаемых температур укладки бетона и глубины наголовника сваи. На графике показано, что основным фактором максимального перепада температур в поперечном сечении оголовка сваи является начальная температура укладки бетона при изменении глубины укладки от 16 футов до 9 футов. стопы с незначительным эффектом.

Рисунок №4 – Максимальный перепад температур бетона для изолированных опалубок в контакте с атмосферным воздухом

Пиковая температура бетона Рисунок №5 представляет собой график максимальных температур бетона для различной толщины изолированных оголовков свай. Температура окружающего воздуха не является существенным фактором. Температура укладки бетона является основным фактором, влияющим на максимальную температуру бетона.

Рисунок №5 – Максимальная температура бетона для изолированных опалубок, находящихся в контакте с атмосферным воздухом

Время пика и максимальная температура δ возникают максимальные перепады температур. Влияние температуры укладки бетона и толщины ростверка показано на рисунке №6. Существует как минимум удвоение времени достижения пиковых температур бетона и максимального перепада температур при снижении температуры укладки бетона с 9от 0°F до 50°F.

Рисунок №6 Время пиковых и максимальных температурных событий δ для изолированных оголовков свай, контактирующих с атмосферным воздухом


результаты моделирования для этой модели представлены на рисунке №7. На рис. 9 представлены результаты моделирования для температуры укладки бетона 70°F и температуры воды 70°F. Данные моделирования графика зависимости температуры от времени помечены для облегчения идентификации. Моделирование проводилось в течение двух месяцев (1320 часов).

Рисунок №7- Оголовки свай — Неизолированные опалубки, находящиеся в контакте с рекой Потомак — Исследование стальной формы — Модель симметричной стены — Температура воды = 70°F и температура бетона при укладке = 70°

Комментарии к результатам Deep Крышки водяных свай — неизолированные формы, контактирующие с рекой Потомак .

  1. Адиабатические условия все еще существуют в центре массы через 2 месяца.
  2. Поверхность бетонного массива в этом случае также является минимальной температурой бетона.
  3. Поверхность бетонного массива приближается к температуре речной воды в течение длительного периода времени.
  4. Максимальный перепад температур возникает намного позже, когда температура поверхности бетона приближается к температуре воды
  5. Пиковая температура бетона зависит только от начальной температуры бетона.
  6. Перепад температур для поперечного сечения неизолированного оголовка глубоководной сваи больше по сравнению с моделью изолированной формы, находящейся в контакте с окружающим воздухом.
  7. Температура речной воды является весьма существенным фактором, определяющим максимальный перепад температур в поперечном сечении шапки сваи.

Максимальный перепад температур На рис. 8 показан максимальный перепад температур для неизолированных оголовков свай. Как обсуждалось ранее, максимальный перепад температур возникает в более позднем возрасте в ростверке сваи, поскольку центр поперечного сечения остается в адиабатических условиях, в то время как поверхность опалубки охлаждается до температуры речной воды. Максимальные перепады температур почти в два раза выше, чем у изолированных оголовков свай, подвергающихся воздействию воздуха, о которых говорилось выше 9.0007

Рисунок №8. Крышки глубоководных свай — максимальный перепад температур (δT) для неизолированных конструкций, находящихся в контакте с речной водой Потомак от границы раздела речной воды и неизолированной формы верхушки глубоководной сваи наиболее подходящей моделью является модель изолированной формы на фиксированной глубине 16 футов. Тепло, выделяемое при гидратации, уходит либо через бетонную плиту, либо через изоляцию на поверхности. Результаты обсуждались ранее.

Наложение двух моделей — оголовки глубоководных свай Основное различие между двумя моделями заключается в возможном снижении температуры в центре бетонной массы с течением времени для модели изолированного фундамента, находящегося в контакте с окружающим воздухом. Фактический максимальный перепад температур при размещении глубоководного оголовка сваи находится где-то между двумя значениями модели. То есть максимальный перепад температур не такой сильный, как у неизолированной модели стены, контактирующей с рекой Потомак, или такой умеренный, как у изолированных форм, контактирующих с окружающим воздухом. Это связано с тем, что температура в центре бетонной массы контролируется потерями тепла вверху и внизу (поскольку высота является наименьшим размером), а температура вблизи краев контролируется потерями тепла в реку (из-за большей теплопроводность воды). Измеряя температуры через дискретные интервалы, расчетный перепад температур можно определить с помощью суперпозиции. Сравнивается минимальная температура двух моделей и выбирается самое низкое значение. Дифференциал на временном интервале t затем определяется путем вычитания пиковой температуры модели изолированной формы — минимальной температуры. Результаты представлены на рисунках 9, 10 и 11.

Рисунок №9 – Расчетный максимальный перепад температур – 50°F Укладка бетона – Наконечник глубоководной сваи

F Укладка бетона – Крышка глубоководной сваи

Рисунок №11 – Расчетный максимальный перепад температур – 90°F Укладка бетона — Крышка глубоководной сваи

Изучение рисунков с 9 по 11 показывает, что перепады температур превышают предел в 35 °F для большинства сценариев. Фактически, перепады температур превышают 35 ° F в течение длительных периодов времени. Опять же, чем ниже начальная температура укладки бетона, тем меньше перепад температур при укладке глубоководного оголовка сваи. При понижении температуры укладки бетона до 50°F и воздействии теплой речной воды с температурой 70°F разница составляет не более 30°F. Лучше всего это показано на рисунке №12. Наиболее эффективным способом уменьшить перепад температур бетона было бы размещение оголовков глубоководных свай при повышении температуры реки при условии, что температура укладки бетона может быть снижена до 60°F. Достижение температуры укладки 60 ° F должно быть возможным при сочетании методов охлаждения бетонных материалов и процесса смешивания.

Рис. 12. Перепады температур при укладке оголовка сваи на глубоководье при — речной воде 70°F полученные, смешанные и испытанные материалы:

Общие :

  1. Геометрия оголовков свай создает близкие, если не фактические, адиабатические условия в центре бетонной массы.
  2. Удаление изоляционных покрытий или изолированных опалубок для «ускорения» охлаждения бетонной массы приведет только к увеличению температурного градиента от центра бетона к открытой поверхности. Риск превышения прочности бетона на растяжение из-за увеличения напряжения, вызванного тепловым градиентом бетонной массы, значительно перевешивает выгоду от снижения тепла, поскольку тепло не отводится непосредственно от центра размещения наголовника сваи

Изолированные оголовки свай, подвергшиеся воздействию окружающего воздуха

  1. Температура окружающего воздуха в смоделированном диапазоне не оказала существенного влияния на результат бетонирования оголовков свай.
  2. Реакции пиковой температуры бетона, максимального температурного градиента, времени пиковой температуры поперечного сечения и времени максимального температурного градиента в массе бетона сильно зависят от температуры бетона во время укладки. Например, снижение температуры укладки бетона с 9От 0°F до 70°F снизит пиковую температуру бетона в центре массы с 160°F до 140°F для наголовника сваи глубиной 16 футов. Кроме того, контроль температуры укладки бетона обеспечит пассивные средства контроля общей производительности и качества бетона, которые не зависят от активных систем охлаждения.
  3. Основываясь на этом анализе с соответствующими предположениями о постоянной температуре укладки бетона и начальной температуре бетонной плиты 60 °F, температура укладки бетона не должна превышать 65 °F, чтобы гарантировать, что максимальный перепад температур на месте не превышает 35 °F. Следует отметить, что температура бетона, выходящего из бетонного завода перед транспортировкой баржей, должна быть на несколько градусов ниже 65°F, чтобы учесть повышение температуры бетона во время транспортировки перед укладкой.
  4. Достижение температуры укладки бетона менее 65°F при текущем составе смеси для покрытия свай может быть достигнуто многими методами. Они включают следующее:
    1. Снижение температуры компонентов бетона благодаря:
    2. Источники поливочных агрегатов
    3. Источники затеняющих агрегатов
    4. Охлаждающая вода
    5. Использование льда вместо части воды для затворения
    6. Использование жидкого азота для охлаждения бетона во время перемешивания
  5. Более экономичный подход к минимизации разницы температур бетона может быть достигнут с использованием системного подхода. Уменьшение общего тепловыделения конструкции смеси позволило бы обеспечить более высокие температуры укладки бетона, сохраняя при этом заявленный максимальный перепад температур в 35 ° F через бетонную массу. Бетон будет менее чувствителен к контролю температуры составляющих его материалов и температуры окружающего воздуха во время транспортировки. Снижение общего тепловыделения смеси может быть достигнуто за счет:
    1. Общее снижение общего содержания вяжущего в смеси для снижения общего тепловыделения
    2. Состав бетонной смеси с более низким уровнем тепловыделения на фунт вяжущего материала (например, использование летучей золы и т. д.).

Глубоководные неизолированные оголовки свай, подвергшиеся воздействию речной воды

  1. Температура речной воды не повлияла на пиковую температуру бетона в оголовке сваи
  2. Температура окружающего воздуха не влияла на пиковую температуру бетона в ростверке сваи.
  3. Пиковая температура бетона в ростверке зависит только от начальной температуры укладки бетона
  4. Температура речной воды оказывает очень существенное влияние на пиковый перепад температур в верхней части сваи.
  5. Глубокое размещение свай должно производиться при повышении температуры реки. Температурные градиенты уменьшаются при повышении температуры воды. Если начальная температура укладки бетона снижается на 20 градусов ниже температуры речной воды, риск термического растрескивания сводится к минимуму, и пассивной системы (укладка охлажденного бетона) достаточно, чтобы предотвратить превышение перепада температур в 35 °F.
  6. Особые меры предосторожности для предотвращения чрезмерных температурных градиентов следует принимать, когда температура речной воды ниже 55°F. При более низких температурах воды потребуется активная система охлаждения для предотвращения термического растрескивания. Активные системы следует сначала запускать в центре бетонной массы и тщательно контролировать.
  7. Настоятельно рекомендуется использовать дополнительные термопары для получения более полной картины температурных градиентов в оголовках глубоководных свай из-за различий в способах передачи тепла по всему поперечному сечению.

Доброукси, Джозеф А. [1] «Справочник по бетонным конструкциям — 4 -е издание », стр. 20.3-20.4, McGraw-Hill Book Company, Нью-Йорк, 1998

Почему важна температура бетона

‍

7 Пять фаз тепловыделения в бетоне

Тепловыделение в бетоне – очень сложная и широко изучаемая тема. 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 выше.

‍

Фаза 1: Предварительная индукция

Через короткое время 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 2: период бездействия

Эта фаза также известна как фаза индукции. В этот период скорость гидратации значительно замедляется. Традиционно считается, что это связано с осаждением вышеупомянутых соединений на поверхности частиц цемента, что приводит к диффузионному барьеру между частицами цемента и водой. Тем не менее, ведутся серьезные споры о физических и химических причинах возникновения этой стадии и методах ее прогнозирования. Это период, когда свежий бетон транспортируется и укладывается, так как он 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). Конец периода покоя обычно характеризуется начальным набором.

‍

Фаза 3 и 4: 

НАБОР ПРОЧНОСТИ На этой стадии бетон начинает твердеть и набирать прочность. Тепло, выделяемое на этом этапе, может сохраняться в течение нескольких часов и в основном вызвано 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 5: Стабильное состояние

Температура стабилизируется вместе 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, но прирост прочности в этот период времени будет минимальным.

‍

Зачем контролировать температуру бетона?

На этапе II температуру бетона можно измерить во время заливки бетона. Измерение температуры обычно проводится, чтобы убедиться, что бетон соответствует определенным спецификациям, которые определяют определенный допустимый диапазон температур. Типичные спецификации требуют, чтобы температура бетона во время укладки находилась в диапазоне 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, чтобы обеспечить надлежащее развитие прочности и долговечности бетона. Еще одна причина контроля температуры бетона на этом этапе — оценка прочности на месте, где скорость гидратации является основным методом определения зрелости (ASTM C 1074).

‍

Бетонирование в жаркую погоду

Как правило, предельная температура бетона во время гидратации составляет 70°C. Если температура бетона во время гидратации слишком высока, это приведет к тому, что бетон будет иметь высокую начальную прочность, но, следовательно, приобретет меньшую прочность на более позднем этапе и проявит меньшую долговечность. 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 разница температур слишком велика, это вызывает термическое растрескивание.

‍

Бетонирование в холодную погоду

Если температура окружающей среды слишком низкая, гидратация цемента значительно замедлится или полностью прекратится, пока температура снова не повысится.