Кривая набора прочности бетона: График набора прочности бетона, таблица прочности бетона

Содержание

Этапы набора прочности бетона

Важнейшая характеристика бетона — прочность. Чтобы раствор достиг максимальных показателей прочности должно пройти время. Что происходит в первые часы после заливки раствора? Почему продолжать строительство можно только спустя месяц? Какие факторы влияют на срок набирания бетоном прочности?

Первый этап — схватывание бетона

Первый этап набора прочности бетоном — схватывание. Длительность этого процесса меняется в зависимости от температуры.

Рассмотрим несколько вариантов температурного режима, чтобы понять зависимость времени первого этапа от температуры:

0°С. Начало схватывания наступает после 8 часов с момента, как раствор приготовлен. Продолжительность процесса может достигать 15-20 часов.
20°С. Начало процесса наступит через 2 часа после приготовления раствора и завершится спустя еще один час.
При жаркой солнечной погоде этот процесс проходит быстрее, однако в таких случаях важно увлажнять поверхностный слой бетона.

Использование специальных добавок сокращает время схватывания до 20 минут. Такой эффект наблюдается при пропаривании растворов в специальных камерах, однако это применимо только в заводских условиях.

Время схватывания бетона напрямую зависит от марки. Вот несколько примеров:

М200 — схватывание происходит за 2-2,5 часа.
М300 — на схватывание нужно 1,5-2 часа.
М400 — схватывание занимает 1-2 часа.

Чтобы понять, сколько времени нужно на схватывание для каждого конкретного случая необходимо принять во внимание все факторы.

Второй этап — твердение бетона

Следующий этап набирания бетоном прочности — твердение. Этот процесс продолжителен и во время него раствор обретает необходимые характеристики.

Чем выше температура вокруг, тем быстрее протекает твердение раствора. При минусовых температурах этот процесс приостанавливается, ведь вода в бетоне кристаллизуется.

Твердение возобновляется, когда температура снова превышает нулевую отметку, и вода в бетоне оттаивает. Замерзание раствора при твердении может пагубно сказаться на прочности бетона. Замерзая, кристаллы льда давят на цементную составляющую массы.

Чтобы ускорить твердение бетона в заводских условиях температуру повышают до 80-90°С. Еще один фактор, ускоряющий данный этап — высокая влажность. Также возможно пропаривание раствора автоклавным способом при помощи пара высокого давления.

На то время, пока раствор обретает необходимую прочность, строительные работы прекращаются. Если речь идет о заливке фундамента, кладка стен начнется спустя месяц после начала работ.

Твердение бетона продолжается и в течение последующих месяцев или даже лет. К примеру, через 3 года прочность будет в два раза выше, чем та, какой характеризовался бетон спустя месяц после заливки. Дальнейший процесс обретения прочности также будет зависеть от получаемой нагрузки.

Чаще всего на твердение бетона при температуре около +20°С отводится около 28 дней. Если на протяжении 14 дней держалась знойная погода (+30°С) в бетоне уже мог относительно закончиться процесс твердения, поэтому дальнейшие работы продолжаются ранее. Эти цифры верны для растворов марок М-200, М-250 и М-300.

Особенно интенсивно твердение протекает в первые несколько дней. За трое суток бетон обретает около 30% марочной прочности. Через две недели этот показатель достигнет 70%.

В процессе набора бетоном необходимой прочности очень важно соблюдать температурно-влажностный режим и избегать резких перепадов температур. Также если возможно оградить бетон от замерзания — это позволит избежать потери качества материала и прочности здания в последующем.

Бетон время набора прочности. Набор прочности бетона

[REQ_ERR: OPERATION_TIMEDOUT] [KTrafficClient] Something is wrong. Enable debug mode to see the reason.

Наиболее интенсивно процесс протекает в первую неделю после заливки бетона. После этого процесс замедляется, но не прекращается. Через три года показатель может вдвое превысить значение, полученное через 28 дней после заливки. Специальная справочная таблица позволяет узнать, какой процент от марочного значения наберет состав при конкретной температуре через определенное количество дней. Чем холоднее на улице, тем медленнее повышается прочность бетона.

Процесс набора прочности бетона

При отрицательных температурах процесс останавливается, так как замерзает вода, обеспечивающая гидратацию цемента. Как только температура воздуха повысится, набор прочности бетона продолжится.

При снижении температуры может опять остановиться. При наличии в составе различных модификаторов время твердения может уменьшаться, а температура, при которой процесс останавливается, снижаться. Производители предлагают специальные быстротвердеющие составы, способные набрать марочную прочность уже через две недели.

Потепление способствует ускорению процесса созревания бетона. Именно поэтому заливку бетона на приусадебном участке для сокращения сроков строительства лучше производить в жаркую погоду. Зимой может потребоваться подогрев бетона, что выполнить собственными силами крайне проблематично: требуется специальное оборудование и знание технологии выполнения работ.

Чтобы понять, как температура оказывает влияние на процесс твердения, стоит изучить график набора прочности бетона.

Набор прочности бетона и зависимость от внешних факторов

Кривые построены на основании информации, собранной для марки М при различных температурах. По графику можно определить, какой процент от марочного значения будет достигнут через определенное количество суток.

Каждая кривая соответствует конкретной температуре. График позволяет определить срок распалубки монолитной конструкции.

Особенности набора прочности

При таких погодных условиях уже стоит задуматься о подогреве заливаемого раствора. Для определения нормативно-безопасного срока начала работ часто используется следующая таблица. В ней в зависимости от марки бетона и его среднесуточной температуры приведена информация о наборе прочности через определенное количество суток:. Причем n не может быть меньше 3-х дней. Если сразу после заливки цемент способен набирать прочность благодаря своему тепловыделению, то после замерзания воды процесс неизменно остановится.

Именно поэтому при выполнении работ в зимний и осенне-весенний период предпочтительно использовать смеси с противоморозными добавками. Глиноземистый цемент после укладки способен выделить в семь раз больше тепла, чем обычный портландцемент.

Именно поэтому приготовленная на его основе смесь набирает прочность даже при отрицательной температуре. Марка также оказывает влияние на скорость процесса.

График набора прочности бетона: особенности, виды, технология и основные показатели

Чем ниже марка, тем выше критическая прочность. Таблица наглядно отражает такую зависимость:. Пониженная влажность негативно отражается на процессе. При полном отсутствии влаги гидратация цемента становится невозможной, и твердение практически останавливается. В таком режиме осуществляется пропаривание состава в автоклавах паром высокого давления. Нагрев до столь высоких температур при минимальной влажности неизбежно приведет к высыханию залитого раствора и снижению скорости набора. Смесь начинает высыхать при недостатке или отсутствии влаги, однако это может замедлить и остановить правильное твердение, что воспрепятствует набору заданного свойства бетоном.

А вот автоклавное отвердение смесей значительно ускоряется при повышенных значениях температурно-влажностного режима: 80 — 90 град.

Возведение любых видов построек не обходится от заливки бетона, главный плюс которого — высокая прочность на сжатие. Но производить нагрузку на конкретную часть нельзя, для начала нужно дождаться завершения набора прочности бетона.

На этот процесс оказывает влияние множество факторов, среди которых не только условия внешней среды, но и характеристики самого бетона. Чтобы данный материал достигнул максимального значения своей прочности, необходимо около 28 суток.

За счет влаги в воздухе может сокращаться интервал набора прочности раствором, который уложен открыто. Бетоны более высоких марок состоят из большего количества цемента лучшего качества твердеют и набирают прочность быстрее, поэтому обрабатывать их следует более оперативно.

В интервале с 3-х по е сутки после укладки нормативный набор прочности бетона обеспечивается близкими к идеальным условиями выдержки.

В теплую погоду раствор укрывается влагоемкими материалами, через которые камень увлажняется круглосуточно 6 — 7 раз, и перекрывается плотной пленкой. В солнечную погоду он укрывается от прямых лучей.

Как быстро он происходит?

Зимой бетон может искусственно прогреваться изнутри, утепляться, обогреваться тепловыми генераторами, чтобы предотвратить замерзание воды, и изолируется от осадков. Важным параметром для продолжения работ является нормативно-безопасный срок набора прочностных свойств. Таблица 1 показывает зависимость от марки бетона и среднесуточной температуры значений прочностных показателей бетонов через соответствующее количество суток.

Факторы, которые управляют набором прочностных свойств камня, включают: сколько времени прошло после заливки, температурно-влажностный режим выдерживания, качество активность и марку цемента, соотношение воды и цемента в растворе, пропорции компонентов в смеси, способ уплотнения , технологию перемешивания, способ и скорость укладки, качество и регулярность увлажнения, наличие пластификаторов добавок-ускорителей твердения в смеси зимой и пр.

Поднятие марки бетона зависит от увеличения доли и более высокой марки цемента в смеси, пропорций компонентов. Марка прямо влияет на набор прочности бетона. Для низких марок критическая прочность имеет большее значение. Таблица 2 отражает данную закономерность. Поэтому прочностью фундамента из бетона высокой марки определяется надежность, долговечность конструкции здания.

Камень в холодную погоду приобретает прочность благодаря собственному тепловыделению, но для нормализации графика формирования камня целесообразно применять соответствующие добавки, ускоряющие твердение и снижающие температуру остановки гидратации.

С ними смесь набирает марочную прочность уже через 14 суток. Удачным решением также станет изменение составляющих в бетоне.

Самым важным показателем качества бетонов является прочность материала. Наибольшей популярностью пользуются марки цемента М

К примеру, глиноземистый цемент набирает прочностные показатели даже в морозы, так как выделяет примерно в 7 раз больше собственного тепла по сравнению портландцементом. В наборе этого свойства существенную роль играют форма и фракция зерен натуральных наполнителей.

Их неправильная форма и повышенная шероховатость обеспечивают лучшие условия сцепления и качество бетона. Известно, что увеличение доли воды в бетонной смеси способно привести к расслоению массы материала. Важно знать график набора прочности бетона для прогнозирования последствий изменения температурных условий твердения, которые приводят к увеличению времени выдерживания.

График 1 показывает на примере бетона М через сколько суток смесь при фиксированных температурных значениях набирает определенный процент прочности за сто процентов взят набор марочной прочности за 4 недели.

Для набора бетоном заданных показателей прочности нужно время, которое называется временем твердения бетона. Оно определяется различными условиями: факторами окружающей среды и качеством составляющих бетонной смеси. Содержание Свернуть Твердение бетона Факторы, влияющие на скорость набора прочности бетона Контроль набора прочности бетона Методы ускорения твердения бетона Нормативные документы, регламентирующие набор прочности бетона Набор прочности бетона по суткам Заключение. Время набора прочности бетона требуется знать, чтобы понимать, когда можно переходить к следующим стадиям строительства, а когда уже можно снимать опалубку.

Температурный режим 30 град. В такой ситуации следует разогревать, утеплять укладку. В реальности прочностные показатели бетонных конструкций могут изменяться по очень многим причинам.

Важно обеспечить оптимальные параметры для реализации по времени графика роста прочностных свойств, соответствующих марке бетона. Процесс набора прочности бетона Содержание. Процесс набора Физико-химические реакции гидратации создают новые монолитные соединения, которые придают материалу свойства искусственного камня.

Вернуться к оглавлению Схватывание Схема возможного расслоения бетонной смеси: а — в процессе транспортирования и уплотнения, б — после уплотнения; 1 — направление, по которому отжимается вода, 2 — вода, 3, 4 — мелкий и крупный заполнители.

Контроль набора прочности бетона в строительной лаборатории

Здесь мы приведем факторы, которые могут повлиять на диаграмму набора прочности бетона, иначе говоря, мы подробно разберем, как нам ускорить процесс твердения бетона и его схватывание.

1) Марка цемента. И тут мы должны уточнить: ранее мы вовсе не дезинформировали вас. Основой являются, конечно же, условия твердения, но марка цемента обозначает его активность, а значит, и скорость схватывания бетона. Косвенно этот параметр отображен в логарифмической зависимости, применяемой для расчета процента набора прочности бетона при 7-ми и 28-ми суток твердения (актуально и для других сроков).

2) Активные добавки. Один из самых значимых ускорителей набора прочности бетона – пластификаторы. Они отличаются сравнительно небольшой ценой (по сравнению со стоимостью каждого потраченного вашими работниками днями), а также они знамениты тем, что увеличивают прочностные характеристики бетона. Однако при всех их преимуществах нельзя не обозначить и их отрицательного влияния на дальнейшую эксплуатацию бетона. Большинство таких добавок имеют минеральное основание, а это значит, что они могут стать одной их главных причин образования высолов на поверхности бетона. Борьба с высолами – одна из наиболее серьезных проблем современного строительства, вызванная малым вниманием к этой проблеме при возведении объектов в 90-е-2000-е годы. Уже в наше время, когда к данному процессу стали относиться более внимательно, были изобретены специальные гидрофобизирующие пропитки, которыми можно обрабатывать поверхность бетона и в качестве профилактики, и в целях борьбы с образовавшимися высолами. К счастью, гидрофобизаторы теперь можно добавлять в бетонный раствор уже на этапе твердения, что существенно снизит риск образования высолов в процессе эксплуатации сооружения.

3) Нарушение водоцементного соотношения. Это один из тех способов, к которому мы бы рекомендовали никогда не прибегать. Однако в краткосрочной перспективе и за неимением лучшего решения, можно ускорить процесс твердения бетона за счет увеличения количества цемента в растворе.

4) Уплотнение бетонной смеси. Турбосмешивание и виброимпульсы положительно влияют на ускорение набора. Применяйте эти методики и соответствующие приборы.

5) Влажность и температура окружающей среды. От этих факторов следует максимально отгородить бетон. Нормальной температурой твердения бетона считается 20^оС при относительной влажности 90%.

прочность бетона график — Строительство и ремонт

Как бетон набирает прочность?

Главной характеристикой бетона является его прочность на сжатие – эта характеристика отражается в его марке. Но марочная прочность достигается не сразу, бетон постепенно набирает прочность в течение четырех недель. Поэтому после заливки бетона необходимо выждать некоторое время. Наиболее интенсивно набор прочности происходит в первые 5-7 дней после заливки – за это время он набирает около 70% своей марочной прочности. В дальнейшем его прочность нарастает и достигает марочной после 28 дней созревания. До этого времени не рекомендуется нагружать бетонную конструкцию, т.е. если это фундамент, то ставить на него дом можно только после того, как он наберет свою марочную прочность прочность. Минимальную прочность бетон набирает через 7 суток, после истечения этого срока можно разбирать опалубку.

График набора прочности бетона от времени показан на рисунке:

График созревания бетона при различных температурах.

На графике показана зависимость прочности бетона от времени при различных температурах его созревания: от 30 до 80 градусов. Прочность показана в процентах от марочной. Однако, это теоретические данные, полученные в лабораторный условиях, на практике же выдержать такие условия нереально: температура в течение суток изменяется и совершенно точно она не будет постоянной и равной 30 градусам. Поэтому при самостоятельном строительстве фундамента лучше перестраховаться и дать бетону выстоять месяц, и только потом разбирать опалубку и продолжать строительство.

В качестве вяжущего вещества в бетоне используется цемент, его химическая реакция с водой приводит к появлению твердых каменистых новообразований, которые и связывают между собой частицы наполнителя – щебня и песка. Начальный период этой реакции называется схватыванием, во время которого в бетоне образуются первоначальные связи между частицами наполнителя. Затем происходит набор прочности, когда эти связи упрочняются. Для того, чтобы эта химическая реакция протекала, необходима вода. Но поскольку созревание бетона – процесс длительный, вода, изначально содержащаяся в бетонной смеси успевает испариться. Для того, чтобы этого не происходило поверхность бетонной конструкции накрывают полиэтиленовой пленкой или рубероидом, а так же поливают ее водой. Важно, чтобы бетон высыхал равномерно по всему объему.

В холодное время года вода, содержащаяся в бетонной смеси, может замерзнуть и созревание бетона прекратится. Более того, замерзая, вода увеличится в объеме и станет разрушать бетон изнутри. При температуре ниже 10 градусов набор прочности очень сильно замедляется. Поэтому при заливке бетонной смеси при низких температурах на протяжении всего созревания ее надо подогревать. Само собой, при самостоятельном строительстве такое невозможно (или по крайней мере очень затруднительно), поэтому заливать бетон своими руками нужно летом. Необходима температура для его созревания – 20-25 градусов или выше.

Срок набора прочности бетона можно уменьшить, используя специальные добавки, ускоряющие этот процесс. Такие быстротвердеющие бетоны набирают прочность за две недели, но при самостоятельном строительстве их использование затруднительно, ведь они не только быстрее созревают, но и быстрее схватываются. Это значит, что после приготовления такой быстротвердеющей бетоной смеси времени на ее заливку будет значительно меньше. Еще один способ достичь ускоренного созревания бетона — это повышение температуры: из графика видно, что чем выше температура, тем быстрее идет нарастание прочности. Однако при самостоятельном строительстве создать такие условия нереально.

К этой статье есть подборка видео (количество видеороликов: 1)

Во время созревания свежеуложенного бетона за ним нужен уход: необходимо обеспечить оптимальную температуру и влажность, чтобы он набрал проектную прочность и не покрылся трещинами при высыхании.

Бетон – это каменный материал, который образуется в результате затвердевания бетонной смеси. Бетонная смесь для заливки монолитного фундамента состоит из смешанных в определенных пропорциях цемента, песка, гравия и воды.

После того, как Вы определились с типом фундамента, местом и глубиной его заложения, провели все земельные работы (вырыли траншею под фундамент, сделали песчано-гравийную подушку), установили опалубку, укрепили ее стенки подпорками, собрали арматурный каркас, установили его в опалубке и надежно его там закрепили, настало время для последнего и самого важного этапа заложения фундамента – его заливки.

Исходными данными для расчета количества бетона для заливки фундамента является тип фундамента (плитный, ленточный, столбчатый) и его конфигурация. Тип фундамента и параметры выбираются в зависимости от несущей способности грунта и нагрузки на фундамент.

Главные характеристики бетона — это его марка и класс прочности. Таблица соотношения между маркой и классом приведена в этой статье.

Процесс набора прочности бетона

Основная характеристика бетона, которая определила его широкое распространение — это высокая прочность. Материал набирает любую прочность в реальных условиях, так как есть много причин, которые способствуют недобору величины, соответствующей бетону определенной марки. Знание этих причин и их особенностей способствует формированию бетонных фундаментов, конструкций с максимальными эксплуатационными показателями.

Процесс набора

Физико-химические реакции гидратации создают новые монолитные соединения, которые придают материалу свойства искусственного камня. Новое качество формируется в течение многих суток (окончательно примерно через полгода) и в идеале прочностные свойства бетонной конструкции должны соответствовать бетону определенного класса и марки. По времени процесс вызревания камня имеет две последовательные стадии: начальная — схватывание, и завершающая — твердение. По его завершении бетон может нагружаться.

Схватывание

Бетоном пользуются не сразу после затвердения, так как может потребоваться некоторое количество времени, чтобы довезти материал до объекта. Смесь должна оставаться подвижной, чему способствует механическое перемешивание раствора в миксере автосмесителя. Тиксотропия позволяет сохранить основные свойства смеси до ее заливки, откладывая старт начальной стадии созревания. Однако следует знать, что если время затянуть или температура поднимется, развивается необратимый процесс «сваривания» раствора, в результате которого занизятся его характеристики.

Длительность схватывания находится в зависимости от температуры воздуха — от 20 мин. до 20 часов. Наибольшая продолжительность данного процесса зимой при температурных значениях около 0 град. Заливка фундамента в этот период будет сопровождаться удлинением интервала начала схватывания от 6 до 10 часов, а сама стадия растянется на 15 – 20 ч.

Оптимально заливать бетон в форму при 20 градусах. Тогда при условии, что раствор затворен за час до заливки, схватывание начнется через один час и завершится через 60 мин. Жаркая погода способствует практически моментальному схватыванию раствора за 10 – 20 мин.

Оптимальное течение гидратации при твердении раствора: температурный коридор от 18 до 20 град., влажность близкая к 100%. Отклонения от данных параметров в значительной степени изменяют скорость твердения камня. Полное вызревание бетона длиться несколько лет.

Вместе с тем на этой стадии скорость твердения закономерно изменяется со временем. К примеру, для бетона М300 к концу 3-го дня она достигает 50%, на 14–й день составляет до 90%, а на 28 день — 100%. Далее через три месяца прочность повышается еще на 20%, а через 3 года может стать на 100% больше, чем была к концу 28 суток после затворения.

Особенности набора прочности

Снижение температурных показателей среды ведет к замедлению твердения. Нулевая отметка на термометре останавливает процесс из-за замерзания воды в камне (снижается качество бетона), а подъем значений снова его возобновляет. Смесь начинает высыхать при недостатке или отсутствии влаги, однако это может замедлить и остановить правильное твердение, что воспрепятствует набору заданного свойства бетоном. А вот автоклавное отвердение смесей значительно ускоряется при повышенных значениях температурно-влажностного режима: 80 – 90 град. и 100% влажности, что ведет к ускоренному росту прочностных показателей. За счет влаги в воздухе может сокращаться интервал набора прочности раствором, который уложен открыто.

Бетоны более высоких марок (состоят из большего количества цемента лучшего качества) твердеют и набирают прочность быстрее, поэтому обрабатывать их следует более оперативно. В интервале с 3-х по 10-е сутки после укладки нормативный набор прочности бетона обеспечивается близкими к идеальным условиями выдержки. В теплую погоду раствор укрывается влагоемкими материалами, через которые камень увлажняется круглосуточно 6 – 7 раз, и перекрывается плотной пленкой.

В солнечную погоду он укрывается от прямых лучей. Зимой бетон может искусственно прогреваться изнутри, утепляться, обогреваться тепловыми генераторами, чтобы предотвратить замерзание воды, и изолируется от осадков. Важным параметром для продолжения работ является нормативно-безопасный срок набора прочностных свойств. Таблица 1 показывает зависимость от марки бетона и среднесуточной температуры значений прочностных показателей бетонов через соответствующее количество суток.

Нормативно-безопасным сроком созревания бетонов можно считать значение 50%, а безопасным — от 72% до 80% от марочного значения, что, к примеру, важно знать при работах на фундаменте.

От чего зависит набор прочности?

Факторы, которые управляют набором прочностных свойств камня, включают: сколько времени прошло после заливки, температурно-влажностный режим выдерживания, качество (активность) и марку цемента, соотношение воды и цемента в растворе, пропорции компонентов в смеси, способ уплотнения, технологию перемешивания, способ и скорость укладки, качество и регулярность увлажнения, наличие пластификаторов (добавок-ускорителей твердения) в смеси зимой и пр. Поднятие марки бетона зависит от увеличения доли и более высокой марки цемента в смеси, пропорций компонентов. Марка прямо влияет на набор прочности бетона. Для низких марок критическая прочность имеет большее значение. Таблица 2 отражает данную закономерность.

Поэтому прочностью фундамента из бетона высокой марки определяется надежность, долговечность конструкции здания. Камень в холодную погоду приобретает прочность благодаря собственному тепловыделению, но для нормализации графика формирования камня целесообразно применять соответствующие добавки, ускоряющие твердение и снижающие температуру остановки гидратации. С ними смесь набирает марочную прочность уже через 14 суток. Удачным решением также станет изменение составляющих в бетоне. К примеру, глиноземистый цемент набирает прочностные показатели даже в морозы, так как выделяет примерно в 7 раз больше собственного тепла по сравнению портландцементом.

В наборе этого свойства существенную роль играют форма и фракция зерен натуральных наполнителей. Их неправильная форма и повышенная шероховатость обеспечивают лучшие условия сцепления и качество бетона. Известно, что увеличение доли воды в бетонной смеси способно привести к расслоению массы материала. Следствием этого также становится то, что при относительном увеличении доли воды в растворе на 60% от оптимального значения (в/ц = 0,4) происходит недобор прочности на 50% от марочной. Однако при соотношении вода/цемент 1/4 период отвердения (упрочнения) сокращается в два раза.

Чтобы ускорить процесс и минимизировать выдержку бетона, целесообразно применять пескобетоны с низким соотношением вода/цемент. Неуплотненный бетонный раствор имеет шансы вызреть только до 50% от нормативной прочности даже при оптимальном соотношении вода/цемент. Вместе с тем ручное уплотнение способно повысить его прочность на 30 – 40%, а вибротрамбовка повышает прочность до нормативных 95 – 100%.

График набора прочности

Важно знать график набора прочности бетона для прогнозирования последствий изменения температурных условий твердения, которые приводят к увеличению времени выдерживания.

График 1 показывает на примере бетона М400 через сколько суток смесь при фиксированных температурных значениях набирает определенный процент прочности (за сто процентов взят набор марочной прочности за 4 недели). Температурный режим 30 град. является оптимальным для набора нормативной прочности (97%) за 11 дней, а при показателе в 5 град. значение безопасной прочности не будет достигнуто камнем и за 14 дней. В такой ситуации следует разогревать, утеплять укладку. В соответствии с кривыми определяются сроки распалубки при превышении прочностью 50% марочного значения.

В реальности прочностные показатели бетонных конструкций могут изменяться по очень многим причинам. Важно обеспечить оптимальные параметры для реализации по времени графика роста прочностных свойств, соответствующих марке бетона.

Набор прочности бетона.

Твердение бетона представляет собой сложное физико-химическое явление, при котором цемент, взаимодействуя с водой, образует новые соединения. Вода проникает вглубь частиц цемента постепенно, в результате все новые его порции вступают в химическую реакцию. Поэтому бетон твердеет постепенно, даже через несколько месяцев твердения внутренняя часть зерен цемента еще не успевает вступить в реакцию с водой. Рост прочности бетона в значительной степени зависит от температуры, при которой происходит твердение. При нормальных условиях твердения нарастание прочности бетона происходит довольно быстро и бетон на портландцементе через 7-14 дней после приготовления набирает 60-70% своей 28-дневной прочности. Затем рост прочности замедляется.

Иногда используют дорогостоящий глиноземистый цемент, который через сутки твердения дает 80-90% 28-дневной прочности. Ускоряют процесс твердения быстротвердеющие портландцементы, а также жесткие бетонные смеси на обычных цементах.

Для ускорения твердения бетона могут применяться добавки-ускорители, вводимые при приготовлении бетонной смеси.

При твердении бетона всегда изменяется его объем. Твердея, бетон дает усадку, которая в поверхностных зонах происходит быстрее, чем внутри, поэтому при недостаточной влажности бетона в период твердения на его поверхности появляются мелкие усадочные трещины. Также, трещинообразование возможно в результате неравномерного разогрева бетона вследствие выделения тепла при схватывании цемента.

Рис. 6.1. Усредненные кривые набора прочности бетона В15-В25 на сжатие на портландцементе М400 — М500 по дням в зависимости от температуры выдерживания.

Точно рассчитать срок набора прочности бетона в конструкции в условиях строительной площадки невозможно, даже при гарантированном качестве товарной смеси, из-за перепадов температур и изменения влажности окружающей среды.

В условиях производства работ в зимнее время для обеспечения требуемого качества бетона проводят дополнительные технологические мероприятия. При отрицательных температурах замерзает содержащаяся в бетоне свободная вода, образуются кристаллы льда большего объема, чем имела вода. Поэтому в порах бетона развивается большое давление, приводящее к разрушению структуры еще не затвердевшего бетона и снижению его конечной прочности. Конечная прочность снижается тем больше, чем в более раннем возрасте замерз бетон. Наиболее опасно замерзание бетона в период схватывания цемента. Для снижения температуры кристаллизации воды в состав бетона вводят противоморозные химические добавки. Для создания благоприятных условий набора прочности бетоном применяют различные способы поддерживания температурно-влажностного режима выдерживания, такие как, электрообогрев, обогрев паром и устройство «термоса». Выбор противоморозных добавок и их оптимальное количество зависят от вида бетонируемой конструкции, степени ее армирования, наличия агрессивных сред и блуждающих токов, температуры окружающей среды. Некоторые добавки могут вызывать коррозию арматуры, что снижает прочность сцепления бетона с профилем арматуры, ухудшать удобоукладываемость и вызывать образование высолов на поверхности конструкций. Противоморозные химические добавки в основном приводят к замедлению набора прочности бетоном по сравнению со скоростью твердения бетона в нормальных условиях.

Процесс набора прочности бетона

Процесс набора

Схватывание

Особенности набора прочности

От чего зависит набор прочности?

График набора прочности

Процесс набора прочности бетона

Процесс набора

Схватывание

Особенности набора прочности

От чего зависит набор прочности?

График набора прочности

Процесс набора прочности бетона

Процесс набора

Схватывание

Особенности набора прочности

От чего зависит набор прочности?

График набора прочности

Процесс набора прочности бетона

Процесс набора

Схватывание

Особенности набора прочности

От чего зависит набор прочности?

График набора прочности

Набор прочности бетона. Твердение бетона при разных температурах. Сроки набора прочности бетона при устройстве бетонных полов.

Набор прочности бетона значительно зависит от температуры, что ограничивает скорость выполнения бетонных работ, устройство бетонных полов, и, соответственно, сроки сдачи строительных объектов в эксплуатацию.

Твердение бетона — относительная прочность бетона на сжатие при различных температурах твердения % от 28-суточной.

Бетон	Срок твердения, суток	Средняя температура бетона, °С
Бетон	Срок твердения, суток	-3	0	+5	+10	+20	+30
М200 — М300 на портландцементе М-400, М-500	1	3	5	9	12	23	35
	2	6	12	19	25	40	55
	3	8	18	27	37	50	65
	5	12	28	38	50	65	80
	7	15	35	48	58	75	90
	14	20	50	62	72	90	100
	28	25	65	77	85	100	—

Для ускорения набора прочности бетона и уменьшения времени выдержки рекомендуется использовать бетон (пескобетон) с пониженным водоцементным отношением (В/Ц). При В/Ц=0,4 сроки, приведенные в таблице, уменьшаются в 2 раза.

Для этого в бетон добавляются суперпластификаторы (С-3, Лигнопан Б-4 и т.п.)

Таблица «Твердение бетона» показывает, что сроки устройства бетонных полов и бетонных конструкций значительно зависят от температуры. Из таблицы видно, что если устройство бетонных полов производится при низких температурах, то это отразиться на наборе прочности бетона, то есть прочность будет недостаточна для передачи полов в эксплуатацию.

В большинстве случаев устройство бетонных полов выполняется для дальнейшего нанесения финишных покрытий: полимерных полов, полимерных наливных полов и т.п. Медленный набор прочности бетона вынуждает увеличивать перерыв между устройством бетонных полов и началом устройства полимерных покрытий, что приводит к увеличению общих сроков работ.

Можно ли ускорить набор прочности бетона, даже если твердение бетона происходит при низких температурах? — Да можно!
ООО «ТэоХим» производит добавки для бетона, которые позволяют значительно увеличить скорость набора прочности бетона. Например, если «обычный» бетон необходимо выдерживать до нанесения защитной пропитки около месяца (28 дней), то добавка для бетона «Эластобетон-А» позволяет ускорить твердение бетона, и нанести пропитку уже на 7-8день после того, как выполнено устройство бетонных полов. Для укладки окрасочных и кварцевых полимерных полов, наливных полимерных полов необходимые сроки твердения бетона с добавками Эластобетон-А сокращаются в 2 раза — с 28 суток до 12-14 суток.

Таким образом, добавки для бетона Эластобетон значительно ускоряют набор прочности бетона и дают значительный экономический эффект за счет уменьшения сроков ввода объектов в эксплуатацию.

12янв14

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УСКОРЕНИЯ НАБОРА ПРОЧНОСТИ БЕТОНА Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Вестник Евразийской науки / The Eurasian Scientific Journal https://esi.today 2020, №5, Том 12 / 2020, No 5, Vol 12 https://esj.today/issue-5-2020.html URL статьи: https://esj.today/PDF/49SAVN520.pdf Ссылка для цитирования этой статьи:

Лангнер Е.А., Шиховцов А. А., Царёв А. А., Петросян В.В. Современные технологии ускорения набора прочности бетона // Вестник Евразийской науки, 2020 №5, https://esj.today/PDF/49SAVN520.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.

For citation:

Langner E.A., Shikhovtsov A.A., Tsarev A.A., Petrosyan V.V. (2020). Modern technologies for accelerating concrete strength development. The Eurasian Scientific Journal, [online] 5(12). Available at: https://esj. today/PDF/49S AVN520.pdf (in Russian)

УДК 691 ГРНТИ 67.09.33

Лангнер Елизавета Александровна

ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет», Краснодар, Россия

Студент 4 курса, бакалавр E-mail: [email protected]

Шиховцов Алексей Александрович

ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет», Краснодар, Россия

Доцент

Кандидат физико-математических наук E-mail: [email protected]

РИНЦ: https://elibrary.ru/author_profile.asp?id=787830

Царёв Александр Андреевич

ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет», Краснодар, Россия

Магистрант E-mail: [email protected]

Петросян Вагаршак Вардович

ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет», Краснодар, Россия

Магистрант E-mail: [email protected]

Современные технологии ускорения набора прочности бетона

Аннотация. Описан ряд преимуществ применения бетона в технологии возведения строительных объектов. Рассматриваются возможности сокращения сроков возведения с применением бетона. К этим возможностям относятся такие методы как тепловая обработка и химические модификаторы, позволяющие ускорить процессы схватывания и твердения бетонной смеси. Рассмотрено применение интенсификации твердения бетона, что особенно важно для условий крайнего севера и холодного времени года. Сделан анализ наиболее действенного метода, позволяющего ускорить процесс твердения и поддержать высокие темпы строительства в зимний период, а именно теплового нагрева бетонной смеси. Выявлены достоинства и недостатки данного метода. Так же проведены всесторонние анализы и сравнения добавок-пластификаторов — химических модификаторов, которые добавляются в бетонную смесь и позволяют ускорить процессы схватывания и твердения и добавок-ускорителей, чье применение практикуется не только в бетонировании монолитных

конструкций, но и в технологии производства сборного бетона, а также железобетона. Все обоснования подкреплены графиками и таблицами, взятыми из существующих исследований российских авторов. На основе проведенных исследований можно сделать вывод, что все рассмотренные в данной статье методы интенсификации твердения бетона способны ускорить не только производство бетонных работ, но и процесс возведения самого объекта строительства. Процесс тепловой обработки позволяет ускорить набор прочности бетона быстрее, чем при обычных условиях твердения, а добавки-ускорители положительно влияют на процесс схватывания бетонной смеси за счет неорганических кислот и солей в своем составе.

Ключевые слова: сокращение сроков строительства; интенсификация твердения бетона; тепловой нагрев; тепловая обработка; пластификаторы; добавки-ускорители; суперпластификаторы; изотермические измерения; добавки для бетона

Актуальность

Современное строительство невозможно представить без применения такого строительного материала как бетон. При его участии создаются не только типовые и уникальные здания, но и архитектурные изделия.

Одной из важнейших особенностей бетона является возможность значительного сокращения сроков возведения здания при создании более оптимальных условий его твердения [1]. При более высоких температурах набор прочности бетона осуществляется быстрее, и напротив, в холодное время года, при низких температурах твердение бетонной смеси происходит крайне медленно. В этом можно убедиться, проанализировав график набора прочности бетона в зависимости от среднесуточной внешней температуры воздуха и интервалом твердения бетона по дням (см. табл. 1).

Таблица 1

График набора прочности бетона1

Марка бетона М200-М300 (раствор замешен на портландцементе М400-М500) Среднесуточная внешняя температура для бетона, град. Цельсия Интервал твердения, сутки

1 2 3 5 7 14 28

Прочность бетона на сжатие (процент от марочной величины)

-3 3 6 8 12 15 20 25

0 5 12 18 28 35 50 65

+5 9 19 27 38 48 62 77

+10 12 25 37 50 58 72 85

+20 23 40 50 65 75 90 100

+30 35 55 65 80 90 100 —

-1 — нормативно-безопасная прочность бетона на определенные сутки твердения

— безопасная прочность бетона на определенные сутки твердения

— полная прочность бетона на определенные сутки твердения

От данного параметра — скорости твердения в конечном счете, зависят сроки сдачи объекта строительства и общий экономический эффект от реализации проекта.

Для застройщика сроки возведения объекта имеют первостепенное значение, потому в современной практике не обходится без применения интенсификации твердения бетона. Это

1 Процесс набора прочности бетона. Режим доступа: https://kladembeton.ru/poleznoe/nabor-prochnosti-betona.htm.

особенно важно в районах Крайнего Севера (занимают 70 % территории нашей страны), так как холодное время года там может составлять до 10 месяцев при среднесуточной температуре наружного воздуха +5 °С.

Именно поэтому при бетонировании сборно-монолитных и монолитных конструкций в зимний период необходимо обеспечивать бетону благоприятные условия твердения. Как правило, такие условия достигаются путем добавления в бетонную смесь противоморозных добавок или применения обогрева2 ,3 . Однако при низких температурах, в интервале (-10)—(-30) °С, противоморозные добавки не способны обеспечить бетону требуемый набор прочности, так как процесс гидратации цементного теста не может протекать в первые сутки при температуре ниже 0 °С [2]. Из этого следует, что температура воздуха в первые 24 часа должна быть положительной и близка к нормируемой. Это и является причиной, по которой в отечественной и зарубежной практике прибегают к применению различных методов ускорения набора прочности бетона до достижения им требуемых структурных характеристик.

В результате, наиболее действенным методом, позволяющим ускорить процесс твердения и поддержать высокие темпы строительства в зимний период является тепловой нагрев бетонной смеси. Механизм данного способа можно объяснить исходя из правила Вант-Гоффа: увеличение температуры химической реакции на 10 °С приводит к ускорению этой реакции в 2-4 раза в (диапазоне температур от 0 °С до 100 °С). Следовательно, если набор прочности бетона будет происходить при 60 °С, то скорость его затвердевания в сравнении с нормальными условиями твердения вырастет в 16-256 раз. За 12 часов тепловой обработки: 3 часа — плавный подъем до требуемой температуры, 6 часов — изотермическая выдержка и 3 часа — плавное остывание, бетон успевает набрать 90-105 % своей марочной прочности.

Недостатком данного метода является его энергоемкость и наличие дополнительных трудовых и материальных затрат. Это объясняется тем, что на подготовительных стадиях обогрев бетона отличается большой трудоемкостью и большим количеством потребляемой установками энергии, что требует дополнительных затрат на обеспечение безопасности процесса [3-4]. Теоретически на нагрев изделия из бетона необходимо всего лишь 10-15 % тепловой энергии, а остальная энергия — это запланированные и незапланированные потери, которые достигают почти 50 % от общего количества энергозатрат. Кроме того, существует риск недобора прочности бетона, который очень часто компенсируется увеличением периода обогрева бетонных конструкций [5].

На рисунке 1 представлен график зависимости сопротивления сжатию бетонных кубов от времени при испытании их тепловлажностной обработкой. Режим, согласно которому проводилась тепловая обработка был следующим: выдержка изделий — 2 часа, изотермический подъем до требуемой температуры — 3 часа, 24 часа (72 часа) — изотермический прогрев, охлаждение — 2 часа. По окончании исследования было выявлено, что в зависимости от температуры прогрева прочность бетона при сжатии увеличивается: в 1 сутки — на 35-60 %; в 3 сутки — на 35-45 %; через 28 суток — 30-40 %.

Отсюда следует, что при температуре прогрева бетона равной 50 °С уже через сутки прочность бетона достигает 70 % от прочности Ятр, а через 3 суток — 120 %. Полная прочность бетон приобретает меньше чем за 2 суток.

2 Прогрев монолитного бетона [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://best-story.ru/articles/progrev-monolitnogo-betona_923.

3 Методы бетонирования с искусственным прогревом бетона [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.spb-komplekt.ru/catalogue.php?cat_part=142.

Страница 3 из 9

49SAVN520

Рисунок 1. График зависимости Ясж (МПа) от времени набора прочности (cутки) при различных температурах тепловой обработки (бетон B22,5П4) [6]

Разумеется, увеличение скорости набора прочности бетона является важным фактором не только при строительстве объектов в холодное время года, но и в летний период. Эта задача решается добавлением в бетонную смесь химических модификаторов, которые позволяют ускорить процессы схватывания и твердения бетонной смеси. К ним относятся: пластификаторы и суперпластификаторы, ускорители и комплексные добавки.

Пластификаторы и суперпластификаторы используются в строительстве чаще чем остальные. Их основное назначение — поглощение воды в бетонной смеси и, как следствие, уменьшение водоцементного отношения.

Рисунок 2. Застывание бетона с высоким и низким водоцементным отношением4

Как ускорить застывание бетона. Режим доступа: https://cemmix.ru/articles/uskoriteli-tverdeniya.

49SAVN520

Посредством данного вида добавок значения характеристик бетонной смеси заметно возрастают: увеличивается прочность изделия, его водонепроницаемость и морозостойкость, а также возрастает подвижность самой смеси, что обеспечивает лучшее сцепление ее с арматурой [7-8]. Вместе с тем, уменьшение количества воды затворения способствует быстрому образованию концентрированного раствора, в котором кристаллизация происходит лучше, что сокращает время схватывания (см. рисунок 2).

Проанализируем результаты исследований, проведенных Российским химико-технологическим университетом им. Д.И. Менделеева, в которых испытывались четыре добавки суперпластификаторов одного производителя — «БАСФ Строительные системы», в широком диапазоне концентраций. Ознакомиться с информацией по добавкам можно по таблице 2.

Таблица 2

Добавки-пластификаторы, используемые в исследовании

№ Название Тип Основа Плотность, кг/м3 Водородный показатель, pH Рекомендуемая дозировка

1 Rheobuild 1000 Жидкость Сульфонический полимер 1184-1244 4-6 0,5-3 %

2 Glenium 116 Жидкость Поликарбоксилатный эфир 1030-1070 4-6 0,2-2,0 %

3 Glenium ACE 430mr55 Жидкость Поликарбоксилатный эфир 1065-1075 4-7 0,2-2,0 %

4 Pozzolith Жидкость Лигносульфонат 1170-1190 4-6 0,5-3 %

В таблице 3 отображено количественное снижение водоцементного отношения (в зависимости от дозировки добавки) по отношению к бездобавочному цементу в процентах.

Таблица 3

Снижение водоцементного отношения по отношению к бездобавочному [9]

Название добавки / Содержание добавки в б/с, % 0,1 0,3 0,5 0,7 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,5 3,0

Rheobuild 1000 0 3,1 4,7 6,3 6,3 9,4 12,5 12,5 18,8 21,9 21,9 23,4 23,4

Glenium 116 0 1,6 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 7,8 6,3 9,4 9,4 12,5 15,6

Glenium ACE 430mr55 1,6 3,1 6,3 12,5 15,6 15,6 15,6 17,2 18,8 18,8 20,3 21,9 21,9

Pozzolith 1,6 6,3 9,4 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5

В ходе исследования было установлено, что с ростом концентрации добавок происходит снижение водоцементного отношения. Наилучшие результаты показали добавки Rheobuild 1000 и Glenium ACE 430, в то время как Pozzolith MR55, напротив, не привел к существенному снижению водопотребности цементного теста. Это объясняется тем, что при превышении эффективной дозировки и дальнейшем увеличении содержания пластификатора в бетонной смеси величина внутреннего трения частиц остается неизменной и уже не приводит к значительному снижению водопотребности бетонной смеси.

Говоря о добавках-ускорителях, можно отметить, что их применение практикуется не только в бетонировании монолитных конструкций, но и в технологии производства сборного бетона, а также железобетона. Действие этих добавок направленно на сокращение сроков схватывания бетонной смеси и интенсификации ее твердения в первые же сутки [10].

Ускорители активируют процесс гидратации цемента, что приводит к быстрому образованию гелей, которые захватывают в свои ячейки большое количество жидкой фазы и тем самым вызывают быстрое схватывание и последующее интенсивное упрочнение цементного камня. Это актуально не только для нормально-влажностного твердения, но и для бетонов, подвергаемых тепловой обработке.

Проанализируем действие добавок-ускорителей по результатам калориметрического исследования, проводимого ФГБОУ ВПО «Нижегородским государственным архитектурно-строительным университетом» (см. таблица 4).

Таблица 4

Добавки-ускорители, используемые в исследовании [8]

№ Название Тип Производитель Применяемая дозировка Основное свойство

1 Centrament Rapid 680 Жтдкость MC-Bauchemie 1 % Платификатор с усоряющим эффектом

2 Реласон Жидкость (p-p 33,5 %) Полипласт 3 % Ускоритель

3 Weiss Rapid Порошок Weiss Reagens 0,5 % / 1,0 % / 1,5 % Ускоритель

4 Формит Са Порошок Еврохим-1 0,5 % / 1,0 % Ускоритель

По результатам изотермических измерений тепловых эффектов при гидратации бетонной смеси с добавками-ускорителями твердения были получены графики тепловых потоков гидратации и интегральный суммарного тепловыделения (рисунок 3, рисунок 4).

Время (часы)

Рисунок 3. Тепловой поток гидратации цемента ПЦ 500 №1 с добавками-ускорителями [11]

Рисунок 4. Интегральный график суммарного тепловыделения цемента ПЦ 500 №1 с добавками — ускорителями [11]

49SAVN520

Проанализировав графики, можно заметить, что наибольшей эффективностью обладает добавка-ускоритель Weiss Rapid. Значение суммарного тепловыделения образца с данной добавкой через 12 часов превышает значение контрольного образца на 16,5 %, а через 24 часа — на 27,5 %. Второе место по эффективности занимает добавка-ускоритель Релаксон с разницей значений в измерении образцов через 12 часов — 12,8 % и через 24 часа — 14,4 соответственно. Применение добавок-ускорителей Centrament Rapid 680 и Формиат Кальция с портландцементом ПЦ 500 Д0 (ОАО «Вольскцемент») оказалось не эффективно и показало отрицательный результат (таблица 5).

Таблица 5

Сводные данные по эффективности добавок-ускорителей [11]

Изменение суммарных тепловыделений относительно

№ Добавки Дозировка контрольного образца

Через 12 часов Через 24 часа

1 CENRAMENT RAPID 680 1 % (жид.) -20,4 % -5 %

2 РЕЛАКСОН 3 % (жид.) +12,8 % +14,4 %

3 WEISS RAPID 1 % +16,5 % +27,5 %

4 ФОРМИАТ КАЛЬЦИЯ 1 % -0,8 % -3,3 %

Автор исследования сообщает, что в образце с применением пластифицирующей добавки Centrament Rapid 680, обладающей ускоряющим эффектом, в первые 24 часа ускорения твердения не происходит. Вместе с тем наблюдается заметное снижение скорости экзотермической реакции относительно контрольного образца. Однако через 50 часов при использовании данной модифицирующей добавки заметен небольшой прирост суммарного объема тепловыделений. Данный факт означает, что ускоряющий эффект добавки может проявляться с некоторой задержкой или при снижении водоцементного отношения (т. к. данная добавка обладает пластифицирующими свойствами).

Выводы

Из результатов исследования можно отметить следующее: включение добавок-ускорителей в бетонную смесь ускоряет процесс гидратации, путем активации тепловыделений, тем самым обеспечивая быстрое схватывание и последующее интенсивное упрочнение цементного камня. В данном случае, применение добавки Weiss Rapid позволяет ускорить набор прочности бетона в 2 раза.

Изучив несколько возможных способов ускорения набора прочности бетона и обосновав их результативность путем анализа существующих научных исследований, авторы пришли к выводу, что рассмотренные методы интенсификации твердения бетона способны ускорить не только производство бетонных работ, но и процесс возведения самого объекта строительства. Тепловая обработка в зависимости от температуры прогрева позволяет укорить набор прочности бетона за одни сутки на 35-60 %, что в 2,5-3,6 раза быстрее, чем при нормальных условиях твердения. Добавки-ускорители также положительно влияют на процесс схватывания бетонной смеси за счет неорганических кислот и солей в своем составе. Являясь электролитами, они повышают растворимость цементных минералов и ускоряют набор прочности в первые сутки минимум в 2 раза в зависимости от своего состава и дозировки. Для того чтобы бетон начал быстрее твердеть в бетонную смесь могут добавлять пластификаторы и суперпластификаторы, которые поглощая воду, делают раствор более насыщенным. Соответственно, чем меньше водоцементное отношение в бетонной смеси, тем насыщеннее раствор и тем быстрее происходит затвердевание. Таким образом, используя данные методы при бетонировании сборно-монолитных и монолитных конструкций, завершение

строительства и сдача объекта в эксплуатацию произойдет в 2-4 раза быстрее, чем при естественных условиях набора прочности бетона.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шиховцов А.А., Мишин В.М. Расчет зависимости перенапряжения в зоне зарождения трещины в образцах с различными концентраторами напряжений с помощью метода конечных элементов // Современные наукоемкие технологии. -2013. №3. С. 73-74.

2. Тимофеева Ю.В., Минаков Ю.А. Применение противоморозных добавок // Россия и мир: национальная безопасность, вызовы и ответы. Двадцать первые Вавиловские чтения: материалы международной междисциплинарной научной конференции: в 2 частях. Под общ. ред. В.П. Шалаева. 2018. С. 261-262.

3. Минаков Ю.А., Кононова О.В., Анисимов С.Н. Снижение энергопотребления при обогреве бетона в термоактивной опалубке // Приволжский научный журнал. 2013. № 2 (26). С. 46-52.

4. Комиссаров А.Н., Шиховцов А.А. Развитие ресурсосберегающих технологий в строительстве // В сборнике: Экологические, инженерно-экономические, правовые и управленческие аспекты развития строительства и транспортной инфраструктуры // Сборник статей Международной научно-практической конференции. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет», Институт строительства и транспортной инфраструктуры; ФГБОУ ВО «КубГТУ»; Международный центр инновационных исследований «OMEGA SCIENCE». 2017. С. 133-136.

5. Земляков Г.В. Исследование путей снижения затрат энергоресурсов в строительстве / Г.В. Земляков, С.П. Баранов, Е.И. Морозов // Вклад вузовской науки в развитие приоритетных направлений производственно-хозяйственной деятельности, разработку экономичных и экологически чистых технологий и прогрессивных методов обучения: материалы 54-й Междунар. науч.-техн. конф.: в 10 ч. — Минск: БГПА, 2000. — Ч. 7. — С. 56.

6. Титов М.М., Шульгин Д.В. Применение пластифицирующих добавок на основе эфиров поликарбоксилатов совместно с тепловой обработкой бетона // Труды новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (СИБСТРИН). 2015. Т.18. №1. С. 88-98.

7. Анисимов С.Н. Влияние пластифицирующих добавок на сроки схватывания цемента // Труды Поволжского государственного технологического университета. Серия: Технологическая. 2014. № 2. С. 224-227.

8. Клёнова Т.В., Минаков Ю.А. Пластификаторы в бетонной смеси // Россия и мир: национальная безопасность, вызовы и ответы. Двадцать первые Вавиловские чтения: материалы международной междисциплинарной научной конференции: в 2 частях. Под общ. ред. В.П. Шалаева. 2018. С. 203-204.

9. Корчунов И.В., Ахметжанов А.М., Сидорова Е.Н. Влияние пластификаторов нового поколения на свойства цемента // Инновационная наука. 2017. №1-2. С. 81-83.

10. Воронин В.В., Шувалова Е.А., Одинцов А.А., Архангельский Е.А. Применение добавок для ускорения набора прочности как альтернатива тепловлажностной обработке бетона // Транспортные сооружения. — 2018. — Т. 5. — № 2. — С. 10.

11. Ратц Е.М., Хряпченкова И.Н. Анализ эффективности применения химических добавок для тяжелого бетона с целью сокращения сроков производства бетонных работ // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2015. Т.1. №2. С. 5765.

Langner Elizaveta Alexandrovna

Kuban state technological university, Krasnodar, Russia

E-mail: [email protected]

Shikhovtsov Alexey Alexandrovich

Kuban state technological university, Krasnodar, Russia

E-mail: alexey_oc@mail. https://elibrary.ru/author_profile.asp?id=787830

Tsarev Alexander Andreevich

Kuban state technological university, Krasnodar, Russia E-mail: [email protected]

Petrosyan Vagharshak Vardovich

Kuban state technological university, Krasnodar, Russia E-mail: [email protected]

Modern technologies for accelerating concrete strength development

Abstract. A number of advantages of using concrete in construction technology are described. The possibilities of reducing the construction time with the use of concrete are considered. These features include methods such as heat treatment and chemical modifiers that speed up the setting and hardening of the concrete mix. The application of concrete hardening intensification is considered, which is especially important for the conditions of the far North and the cold season. The analysis of the most effective method that allows to speed up the hardening process and maintain high construction rates in the winter period, namely, thermal heating of the concrete mix, is made. The advantages and disadvantages of this method are revealed. Also, comprehensive analyses and comparisons of additives-plasticizers — chemical modifiers that are added to the concrete mix and allow to speed up the setting and hardening processes and additives-accelerators, whose use is practiced not only in concreting monolithic structures, but also in the production technology of precast concrete and reinforced concrete. All justifications are supported by graphs and tables taken from existing research by Russian authors. Based on the conducted research, it can be concluded that all the methods of concrete hardening intensification discussed in this article can speed up not only the production of concrete works, but also the process of construction of the construction object itself. The heat treatment process allows you to accelerate the strength of concrete faster than under normal hardening conditions, and accelerator additives have a positive effect on the process of setting the concrete mixture due to inorganic acids and salts in their composition.

Keywords: reduction of construction time; intensification of concrete hardening; heat heating; heat treatment; plasticizers; accelerating additives; superplasticizers; isothermal measurements; concrete additives

График набора прочности бетона | СДС Строительная лаборатория

Качество бетона определяется его прочностью. Конечно, имеют большое значение и другие показатели этого строительного материала – например, важна морозостойкость бетона, его плотность и т.д. И все-таки самым главным показателем является именно прочность бетона. Существует специализированная лаборатория бетона, которая определяет прочность и другие свойства и параметры данного материала.

Прочность бетона по графику

Каждая современная лаборатория бетона при определении такого показателя как прочность строительного материала, руководствуется специальным графиком. Он носит название графика набора прочности бетона. На нем можно с точностью увидеть время, которое требуется строительному материалу для того, чтобы обрести максимальную прочность.

Известно, что при нормальных условиях заявленное качество бетона, а именно – его прочность, достигается за двадцать восемь дней. Первые пять дней – это интенсивное затвердение материала. Через неделю после проведения укладочных работ прочность бетона достигает семидесяти процентов – от того показателя, который предусмотрен проектной документацией. Но, учитывая показатели графика, рекомендуется приступать к проведению работ по строительству только после того, как прочность материала достигнет 100 процентов. Для этого необходимо выждать 28 дней, не меньше.

От чего зависит время набора прочности

Несмотря на то, что есть конкретный график набора прочности бетона, все-таки не всегда это происходит одинаково. В каждом конкретном случае это происходит по-разному. Для того чтобы определить точное время, в которое прочность бетона станет максимальной, специализированная лаборатория бетона проводит контрольные испытания образцов строительного материала.

Конечно же, время набора прочности бетона зависит и от температуры воздуха. Если укладка материала происходит в теплое время года, то никаких дополнительных мер предпринимать не нужно. Достаточно лишь выдержать бетон в опалубке, а после того как последняя будет убрана, необходимо подождать, пока материал дозреет, и качество бетона станет наиболее высоким.

Если же строительные процессы проводятся в холодное время года, то для достижения заявленной прочности бетону необходим дополнительный обогрев. Используется также и гидроизоляция. Это объясняется тем, что полимеризация при низких температурах воздуха происходит медленнее.

Чем полезен график набора прочности бетона

Лаборатория бетона использует график по той причине, что он позволяет не только следить за тем, что происходит с материалом, но также и влиять на процессы, проходящие внутри него – в результате удается получить надежный, высокопрочный бетон. А он именно таким и должен быть.

И если речь идет о возведении гидротехнических конструкций, фундаментов, то важна не только прочность, но и морозостойкость бетона. Каждая лаборатория бетона способна сегодня определять и такой показатель как морозостойкость бетона.

Строительная лаборатория «СДС» оказывает услуги предприятиям и частным лицам в Санкт-Петербурге и Ленинградской области.

Что такое кривая зрелости бетона?

Бетон обладает множеством свойств, которые можно изучать и регистрировать, но его прочность на сжатие обычно находится в центре внимания. Действительно, в большинстве проектов конструкции будут использовать смешанные конструкции с основным упором на достижение определенной прочности на сжатие, а также требований к текучести и содержанию воздуха. Самый прямой способ получить такую информацию о прочности бетона на сжатие — это отбор проб сопутствующих цилиндров, которые нужно испытать на сжатие.Однако этот метод неудобен и может быть неточным. К счастью, есть способ обойти это: кривая зрелости.

Что такое кривая зрелости бетона и почему она важна для испытания прочности бетона?

Начнем с того, что зрелость бетона — это индекс, числовой параметр, который указывает относительный возраст бетона в зависимости от его отверждения. Отверждение бетона во многом определяется его температурой. Во время отверждения бетон будет набирать прочность со скоростью, зависящей от температуры, что и является признаком зрелости.Например, бетон, который хранится при температуре 60 ° F (16 ° C), будет иметь гораздо меньшую скорость набора прочности, чем бетон из той же смеси, которая хранится при 81 ° F (27 ° C), но оба значения приемлемы в соответствии с ASTM C31 / C31M: Стандартная практика изготовления и отверждения бетонных образцов для испытаний в полевых условиях. Параметр зрелости позволяет специалистам учитывать изменение температуры бетона с момента его заливки, а это означает, что разница в прочности будет известна для обоих образцов, упомянутых в примере. Для проведения таких расчетов необходимо знать кривую зрелости.Кривая зрелости — это соотношение между зрелостью бетона и его прочностью. В целом, с помощью температурной кривой можно установить зависимость между сроками погашения. С помощью кривой зрелости ее можно преобразовать в соотношение силы и времени, давая силу в любой момент времени.

Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о зрелости бетона.

Как измеряется зрелость бетона?

Как указывалось ранее, зрелость зависит от температуры бетона. Точнее, он измеряет гидратацию цемента, которая прекращается, когда температура бетона ниже определенной температуры, называемой исходной температурой, T ₀.Следовательно, важна разница между исходной температурой и фактической средней температурой бетона. Более простой способ понять эту связь — увидеть ее как площадь под кривой зависимости температуры от времени. В качестве примера представим, что зрелость должна быть рассчитана для следующей заливки бетона, и предположим, что исходная температура равна 0 ° C.

Затем, если срок погашения должен быть рассчитан 27 марта, тогда это просто область под кривой температуры (выделена зеленым цветом.) В данном случае это 750 ° C-час, что можно увидеть на следующем графике зависимости от срока погашения. Срок погашения 27 марта рассчитывается выше: 750 ° C-часов. Обратите внимание, что те же расчеты можно было провести с использованием градусов Фаренгейта.

Существует простая формула для описания этого расчета:

Где M (t) — зависящая от времени зрелость (градусы-часы), T _a 0 — исходная температура ( ° C), а ∆t — временной интервал (ч) с момента заливки.По сути, температура бетона измеряется через частые промежутки времени, чтобы получить среднее значение, а затем значение зрелости из приведенного выше уравнения в определенное время.

ASTM C1074 — Стандартная практика оценки прочности бетона по методу зрелости гласит, что временной интервал между измерениями температуры не должен превышать 30 минут в течение первых 48 часов и 1 час после этого. С помощью этих мер можно построить точную кривую зрелости для конкретной заливки.

Для получения дополнительной информации о методе расчета зрелости бетона щелкните здесь.

Как рассчитывается кривая зрелости?

Кривая зрелости, или соотношение прочности и зрелости, разработана для смеси с точными шагами, указанными в ASTM C1074. Всего отлито 17 бетонных цилиндров с желаемой структурой смеси, а в 2 из них встроены датчики температуры. Цилиндры выдерживают в резервуаре для воды при температуре 73 ± 4 ° F (23 ± 2 ° C) для испытания на сжатие через 1, 3, 7, 14 и 28 дней.При каждом испытании необходимо испытать 3 образца. Если некоторые результаты отличаются от среднего значения более чем на 10%, результаты низкого теста следует повторить с дополнительными баллонами, изготовленными вначале. В каждом возрасте тестирования индекс зрелости измеряется на основе температурных записей датчиков и с помощью процедуры, описанной выше. Средние результаты прочности на сжатие нанесены в зависимости от зрелости. Тогда наиболее подходящей кривой для графика прочности-зрелости являются кривые зрелости.См. Пример ниже.

. Эта связь может быть описана логарифмической кривой с использованием двух факторов, A и B:

Где S (t) — прочность бетона (МПа), M (t) — зрелость (° C-час), а A и B — коэффициенты, отображающие кривую. Затем эту кривую можно проверить, чтобы убедиться, что факторы подходят для дизайна смеси. Для этого на месте изготавливаются формованные цилиндры с датчиками температуры / зрелости.Когда метод зрелости показывает, что образцы достигли своей целевой прочности, измеряется фактическая прочность на сжатие, чтобы сравнить прогноз зрелости с фактическим значением. Если разница между этими значениями стабильно превышает 10%, найденная кривая зрелости не отражает хорошо структуру смеси и должна быть построена заново. Этот метод является частью ASTM C1074, который предоставляет более подробную информацию и пояснения по процессу валидации.

Кроме того, с помощью системы Giatec 360 искусственный интеллект компании Giatec, Roxi ™, может использоваться для проверки соотношения прочности и зрелости.Этот помощник ИИ может, основываясь на пропорциях бетонной смеси, определить, является ли полученное соотношение зрелости и прочности точным, или в процессе произошли ошибки, связанные с человеческим фактором. В сочетании с методом проверки ASTM C1074 Roxi обеспечивает оптимальную кривую зрелости бетона и дает точные значения прочности на сжатие.

Щелкните здесь, чтобы узнать больше о Roxi.

Почему важна кривая зрелости?

Проще говоря, кривая зрелости позволяет преобразовать показатели зрелости в значения силы.Как объяснялось ранее, с помощью измерения температуры бетонного элемента можно построить график зависимости температуры от времени. С помощью уравнения зрелости эту кривую можно преобразовать в кривую сроков погашения. В свою очередь, эта кривая окончательно преобразуется в кривую зависимости силы от времени с использованием уравнения прочности с факторами A и B, определенными с использованием кривой зрелости, откалиброванной для конкретного дизайна смеси. Кривая зрелости — решающий шаг в процессе определения прочности бетонного элемента на месте в любой момент времени.Используя беспроводные датчики температуры бетона, такие как SmartRock ™, вы можете доставить интеллектуальный бетон на свою строительную площадку и получить результаты прочности в любое время и в любом месте благодаря кривой зрелости.

взаимосвязей между семидневными и 28-дневными сильными сторонами | Журнал Concrete Construction

Вопрос: Перед укладкой бетона для последней опоры фундамента с пробуренной опорой мастер решил долить воду в автобетоносмеситель. Инспектору не понравился вид разводненного бетона, и он взял испытательные цилиндры, которые представляли тот самый пирс.Спецификации требуют 28-дневной силы 3000 фунтов на квадратный дюйм. После того, как лаборатория сломала семидневные цилиндры, цилиндр от пирса с добавленной водой сломался при давлении 1980 фунтов на квадратный дюйм. В других семидневных цилиндрах давление достигало 2620 фунтов на квадратный дюйм. Инженер обеспокоен тем, что бетон не будет соответствовать указанной прочности. Я понимаю, что добавление воды было неправильным решением, но я не хочу удалять пирс, если он достаточно прочен. Достигнет ли он указанных 3000 фунтов на квадратный дюйм?

Ответ: Как показывает этот случай, часто бывает полезно экстраполировать 28-дневные силы из семидневных.Конечно, количество прироста силы варьируется между семидневными и 28-дневными тестами. Тип цемента и условия отверждения — это два фактора, которые влияют на ожидаемый прирост прочности. Concrete, by Mindness and Young, дает общее правило: соотношение 28-дневной и семидневной прочности составляет от 1,3 до 1,7 и, как правило, меньше 1,5, или семидневная прочность обычно составляет от 60% до 75% от 28-дневная сила и обычно выше 65%. Цилиндр, который сломался при 1980 фунтах на квадратный дюйм, составляет 66% от указанных 3000 фунтов на квадратный дюйм.Согласно правилу Mindness and Young, он должен достичь указанной силы через 28 дней. Скорее всего, смесь была рассчитана не на 3000 фунтов на квадратный дюйм, а на более высокую прочность на сжатие, чтобы учесть изменчивость. Добавляя дополнительную воду в смесь, вы увеличиваете водоцементное соотношение, что, в свою очередь, снижает прочность. Опоры, установленные до добавления воды, вероятно, будут иметь прочность выше указанных 3000 фунтов на квадратный дюйм. Однако рассматриваемый пирс, скорее всего, будет соответствовать указанной прочности. Если по прошествии 28 дней цилиндры по-прежнему не соответствуют указанной прочности, возьмите стержни для проверки прочности перед выполнением дорогостоящего удаления сваи.

Прочность бетона за 7 дней Таблица

Прочность бетона через 7 дней часто измеряется, даже если указанная прочность бетона на сжатие измеряется через 28 дней. Часто бывает необходимо измерить прочность бетона на сжатие через 7 и 28 дней, поэтому во время заливки берутся несколько проб бетонных кубов.

Существует ряд методов, которые можно использовать для оценки требуемой прочности бетона на сжатие через 7 дней.Ниже описаны наиболее популярные методы. Электронная таблица CivilWeb Concrete Strength at 7 Days была разработана для выполнения этого анализа с использованием трех методов. Кривая увеличения прочности бетона может быть оценена либо с использованием результатов испытаний двух бетонных кубов, либо на основе указанной прочности на сжатие через 28 дней с использованием двух методов.

Прочность бетона через 7 дней

Прочность бетона на сжатие через 7 дней часто требуется по двум причинам. Во-первых, может потребоваться начать погрузку бетонного элемента примерно через неделю, чтобы выполнить программу строительства.Это обычное явление в многоэтажных зданиях, где необходимо загрузить один этаж, чтобы завершить строительство следующего, или на бетонных дорогах и тротуарах, которые необходимо открыть для движения транспорта как можно скорее, чтобы минимизировать нарушения.

Вторая причина в том, что качество бетона можно проверить, не дожидаясь 28 дней. Благоприятный результат испытания бетонного куба на прочность через 7 дней дает хорошее указание на то, что бетон будет соответствовать указанной прочности бетона на сжатие.

Понятие зрелости бетона

Бетон набирает прочность за счет продолжающегося процесса гидратации цемента. Бетон набирает прочность с момента его укладки и начинает увлажняться. Большая часть этого увеличения прочности произойдет в первые несколько дней после укладки, но более медленные химические реакции будут продолжаться в течение многих лет после укладки, особенно если бетон имеет доступ, например, к влаге из воздуха.

Характерные значения прочности на сжатие обычно указываются исходя из прочности на сжатие в течение 28 дней.Во многих случаях 28-дневная прочность достигает оптимального уровня, достаточного для того, чтобы бетон набрал большую часть своей прочности, но до того, как ожидается, что он выдержит значительную нагрузку.

Однако в некоторых случаях 28 дней может оказаться слишком долгим ожиданием, прежде чем станет известно качество бетона. Это происходит, например, когда бетонная дорога должна быть открыта примерно через неделю после заливки или когда необходимо использовать прочность бетонной балки, чтобы построить следующий уровень в здании. В этих случаях оценка пригодности бетона должна быть произведена на основе испытаний бетонных кубов в гораздо более раннем возрасте.Это часто происходит через 7 или 14 дней, но может быть и через 3 дня. Для того, чтобы эти результаты были значимыми, необходимо разработать взаимосвязь зрелости с использованием конкретного метода зрелости, такого как описанный ниже, чтобы связать результаты испытаний на прочность при сжатии в раннем возрасте и 7 дней с заданной 28-дневной прочностью.

Испытание бетонной зрелости

Испытание на зрелость бетона может быть выполнено с использованием тех же испытаний бетонного куба, которые используются для общих испытаний прочности на сжатие и испытаний на соответствие.Тестирование зрелости обычно включает в себя 3 дня, 7 дней прочности куба и 28 дней. При необходимости проверка на зрелость может включать более длительные периоды от 60 до 90 дней. Дополнительная информация об измерении прочности бетона через 7 дней включена в нашу публикацию «Испытание бетонного куба».

Кривые увеличения прочности бетона

Результаты испытаний бетона на зрелость затем преобразуются в кривую увеличения прочности бетона для данной конкретной бетонной смеси. Эта кривая увеличения прочности бетона затем может быть использована для оценки долговременной прочности бетона на сжатие по результатам 7-дневной прочности на сжатие.Прочность бетона на сжатие за 7 дней также можно определить из кривых увеличения прочности бетона, если это считается более подходящим, чем графическое решение.

Скорость увеличения прочности бетона будет зависеть от используемых вяжущих материалов. Обычный портландцемент набирает прочность аналогично приведенному ниже графику, при этом через 7 дней прочность бетона составляет около 60% от 28-дневной прочности. Доступны быстро схватывающиеся цементы, которые могут получить значительную прочность на сжатие за несколько часов.Эти высокопрочные бетоны часто используются для быстрого открытия ремонтных бетонных дорог после укладки. И наоборот, низкотемпературные цементы и цементы, смешанные с GGBS или летучей золой, потребуют больше времени, чтобы достичь своей проектной прочности, иногда 6 месяцев или больше. Это нужно будет учесть в спецификации.

Темпы прироста прочности различны для каждой смеси, и по этой причине поставщик бетона должен предоставить кривую или формулу прироста прочности бетона или определить в результате долгосрочных испытаний этой конкретной бетонной смеси.Затем это можно использовать для оценки результатов ранних испытаний прочности на соответствие требуемой прочности через 28 дней. Типичная кривая увеличения прочности бетона (построенная в логарифмической шкале) представлена ниже.

Использование метода зрелости для прогнозирования прочности на сжатие винилэфирного полимерного бетона в раннем возрасте

Прочность на сжатие винилэфирного полимербетона прогнозируется с использованием метода зрелости. Прочность на сжатие быстро увеличивалась до 24 часов отверждения, а затем медленно увеличивалась до 72 часов отверждения.По мере увеличения содержания ММА прочность на сжатие снижалась. Кроме того, по мере снижения температуры отверждения уменьшалась прочность на сжатие. Для винилэфирного полимербетона исходная температура в диапазоне от -22,5 до -24,6 ° C снижалась по мере увеличения содержания ММА. Уравнение индекса зрелости цементного бетона не может быть применено к полимербетону, а зрелость полимербетона на основе сложного винилового эфира можно оценить только путем контроля временного интервала. Таким образом, это исследование ввело подходящий уменьшенный коэффициент () для определения зрелости полимербетона и коэффициент 0.3 был наиболее подходящим. Кроме того, модель прогнозирования прочности на сжатие DR-HILL была определена как применимая к винилэфирному полимерному бетону среди моделей доза-реакция. Что касается параметров модели прогнозирования, применение параметров путем объединения всех данных, полученных из трех различных объемов содержимого MMA, было сочтено приемлемым. Результаты исследования могут быть полезны для контроля качества полимербетона на основе сложного винилового эфира и неразрушающего прогнозирования прочности в раннем возрасте.

1.Введение

Полимербетон, в котором гидратное вяжущее цементобетона полностью заменено полимерным вяжущим, полностью отличается от цементного бетона по развитым характеристикам. Полимербетон, обладающий характеристиками быстрого твердения, высокой прочности, отличной адгезии, лучшей водонепроницаемости, морозостойкости и химической стойкости по сравнению с цементным бетоном, широко используется в строительной индустрии [1]. Полимербетон используется в основном в качестве ямочного материала для ремонтных работ и перекрытий мостовых настилов в монолитных конструкциях, а также в сборных железобетонных конструкциях, таких как конструкции станков, строительные панели, хозяйственные коробки и подземные распределительные коробки [2] .

В качестве вяжущих для полимербетона используются термореактивные смолы, такие как ненасыщенные полиэфирные, эпоксидные, акриловые и виниловые эфиры, которые демонстрируют различные физико-механические свойства в зависимости от типа вяжущего [3–5]. В этом исследовании в качестве связующего использовалась смола сложного винилового эфира, модифицированная добавлением мономера ММА с целью снижения вязкости и, таким образом, улучшения обрабатываемости. Смола на основе сложного винилового эфира обладает превосходной химической и коррозионной стойкостью в сочетании с выдающимися тепловыми характеристиками, что делает ее хорошим выбором для практических применений, таких как бассейны, канализационные трубы и резервуары для хранения растворителей [6, 7].

С точки зрения контроля качества полимербетона, наиболее важным аспектом является прогнозирование прочности с помощью метода неразрушающего контроля, чтобы время открытия для монолитных конструкций и соответствующее время снятия формы для сборных железобетонных изделий могло: соответственно будет решаться. Однако в то время как рост прочности цементного бетона вызывается реакцией гидратации цемента (вяжущего), в полимерном бетоне — полимеризацией полимерной смолы (вяжущего). Следовательно, на рост прочности полимербетона влияет только температура, а не влажность, тогда как на рост прочности цементного бетона влияют температура и влажность.

Метод зрелости основан на базовой теории, согласно которой, поскольку существует определенная взаимосвязь между индексом зрелости и прочностью бетона, одинаковая зрелость приведет к одинаковой прочности, даже если температура и время отверждения различаются. В литературе по зрелости цементного бетона есть много исследований по прогнозированию прочности в раннем возрасте [8–11], а также есть многочисленные исследования по прогнозированию прочности в позднем возрасте с использованием модифицированной модели зрелости [12, 13]. Также были проведены исследования по прогнозированию времени схватывания бетона с помощью методов созревания [14, 15].Также проводятся исследования с применением методов зрелости к расчетной прочности на сжатие массивного бетона [16] и к параметрам разрушения бетона плотины на месте заливки [17]. Кроме того, существует исследование, касающееся оценки метода зрелости для оценки прочности бетона на основе ASTM 1074 [18]. Несмотря на значительный объем исследований по тестированию зрелости цементного бетона, трудно найти исследования, предназначенные для применения в полимербетоне, за исключением работы Ohama et al. [19].

Как упоминалось выше, применение метода зрелости для прогнозирования прочности полимербетона в раннем возрасте является достаточно разумным. Но поскольку полимербетон имеет быстрый процесс реакции, время твердения и скорость развития прочности, уравнение зрелости, применяемое в настоящее время к цементному бетону, должно быть изменено, чтобы его можно было применять. Таким образом, целью данного исследования является создание модели, подходящей для прогнозирования прочности на сжатие в раннем возрасте, в течение 72 часов для полимербетона на основе винилэфирной смолы с различным содержанием ММА, и определение подходящих областей применения.

2. Предпосылки

Изучение зрелости бетона включает оценку индекса зрелости и прогноз прочности на основе индекса зрелости. Ниже приводится обзор опубликованной на данный момент литературы.

2.1. Модель оценки зрелости

В 1950-х годах потребность в оценке влияния температуры парового отверждения на развитие прочности привела к разработке методов зрелости, которые были нацелены на учет комбинированного воздействия времени и температуры на развитие прочности бетона [20] .

Эти идеи привели к хорошо известной функции зрелости медсестры-Сола [21]. Где — индекс зрелости, — средняя температура бетона в течение временного интервала, — это исходная температура, — истекшее время и — временной интервал. .

Функция эквивалентного возраста зрелости, первоначально введенная Раструпом [22] и показанная в (2), с точки зрения удобства считается почти такой же, как (1). Где — эквивалентный возраст при эталонной температуре и эталонная температура.

Уравнение (3) представляет собой функцию эквивалентного возраста зрелости, эмпирически разработанную Хансеном и Педерсеном [23]. Эта функция основана на уравнении Аррениуса, используемом для описания влияния температуры на скорость химической реакции. Где — эквивалентный возраст при эталонной температуре, — это кажущаяся энергия активации, — это универсальное содержание газа, — это средняя температура бетона в течение интервал, а — абсолютная эталонная температура.

Carino et al. [21] предложил (4), который может вычислить эквивалентный возраст при эталонной температуре.Это проще, чем (3), но рассчитанные возрасты показывают аналогичные значения. Где — коэффициент температурной чувствительности, — средняя температура бетона в течение временного интервала и — эталонная температура.

Эти модели были предложены для применения в цементобетоне. Однако, как упоминалось выше, поскольку существуют различия в процессе реакции твердения, времени твердения и развитии прочности между полимербетоном и цементным бетоном, необходимо изменить метод созревания, используемый для цементного бетона, чтобы его можно было применить к полимербетону.В целом, полимербетон имеет очень высокую прочность в раннем возрасте и показывает предел прочности в течение 24-часового периода отверждения. Соответственно, необходимо минимизировать влияние (временного интервала) на способ созревания полимербетона [19].

Отражение соображений, отмеченных выше в (1), и их изменение приводит к тому, где — индекс зрелости, — средняя температура отверждения, — исходная температура, — истекшее время, — это интервал времени, и — это уменьшенное значение. коэффициент и меньше 1.

2.2. Модель прогнозирования прочности

Не менее важна, чем индекс зрелости, модель прогнозирования прочности, потому что независимо от того, насколько точно оценивается индекс зрелости, вышеизложенное не имеет смысла, если прогноз прочности неточен. По данным проведена наиболее подходящая гладкая кривая, или может быть использован регрессионный анализ для определения наиболее подходящей кривой для соответствующей взаимосвязи «сила-зрелость» [21].

Одним из популярных соотношений прочности и зрелости является следующее логарифмическое уравнение [21].В 1956 году Плауман [24] предложил следующую полулогарифмическую функцию в качестве подходящего соотношения «сила-зрелость»: где — сила индекса зрелости, — индекс зрелости и — коэффициенты регрессии.

Это уравнение популярно, поскольку оно простое, но оно также имеет недостаток. В частности, это уравнение представляет собой прямую линию и, таким образом, может достаточно точно предсказать силу для промежуточных значений зрелости, но оно явно неадекватно для низких или высоких значений индекса зрелости [8, 21].

В 1978 году Лью и Райхард [25] предложили следующую формулу нелинейной регрессии, проанализировав взаимосвязь между результатами испытания прочности на сжатие и зрелостью. Где, и — числовые константы, — зрелость бетона, 30 — зрелость. ниже которого прочность фактически равна 0, и является прочностью бетона на сжатие.

Логистическая кривая [26] используется для выражения роста населения в виде математической модели. Это S-образная кривая с двусторонней симметрией относительно точки перегиба.Точка перегиба кривой формируется в точке, в которой равно (), и кривая имеет двустороннюю симметрию. Где — прочность на сжатие, — индекс зрелости, а, и — параметры.

Вышеописанные уравнения основаны на предположении, что на предельную прочность не влияет зрелость или эквивалентный возраст. Но многие исследователи отмечают, что уравнения ограничены в своих приложениях. Самое главное, они не отражают влияние зрелости на предельную силу.Следующие уравнения были сформированы путем модификаций для устранения таких ограничений.

В 1971 году Чин [27] предположил, что взаимосвязь прочности и зрелости может быть представлена гиперболой со следующим уравнением: где — сила, — зрелость, — предельная сила, поскольку зрелость стремится к бесконечности, и — начальная наклон кривой прочности-зрелости.

В 1985 году Хансен и Педерсен [28] предложили следующее экспоненциальное уравнение для представления развития прочности бетона: где — предельная прочность, — зрелость, — постоянная времени и — параметр формы.

Уравнение (11) (модификация уравнения кривой Гомперца для прогнозирования прочности бетона на сжатие) широко используется. Кривая имеет характеристики быстрого подъема, замедления и затем приближения к горизонтальному состоянию [19]. Точка перегиба кривой формируется в точке, в которой равно (), и кривая не имеет двусторонней симметрии. Где — прочность на сжатие, — предельная прочность на сжатие, и — параметры.

Как показано выше, для прогнозирования прочности было предложено множество моделей.Модели были предложены до того, как технология компьютерного программирования стала широко использоваться. В настоящее время коммерчески доступны многие компьютерные программы, связанные с моделями прогнозирования, и можно легко получить оптимальные модели.

3. Материалы

3.1. Смола сложного винилового эфира

Смола сложного винилового эфира (VE) представляет собой комбинированный продукт эпоксидной смолы и ненасыщенной карбоновой кислоты, такой как акриловая или метакриловая кислота. Смола на основе сложного винилового эфира, используемая в данном исследовании, представляет собой эпоксидно-винилэфирную смолу бисфенольного типа, и ее свойства перечислены в таблице 1.


Плотность (25 ° C)	Вязкость (20 ° C, мПа · с)	Плотность пара	Массовая доля стирола (%)
1,2	250	3,6	45

3,2. Мономер ММА

Метилметакрилат (ММА), бесцветная и прозрачная жидкость, получают путем окисления изобутилена, экстрагированного из рафината С4, в газообразном состоянии с образованием метакриловой кислоты.Затем его этерифицируют метанолом. Его свойства приведены в таблице 2.


Плотность (25 ° C)	Вязкость (20 ° C, мПа · с)	Молекулярная масса (г / моль)	Внешний вид

0,9420	0,56	100	Прозрачный

3.3. Инициатор

Раствор DMP с 55% пероксидом метилэтилкетона (MEKPO) используется в качестве инициатора для отверждения смолы на основе сложного винилового эфира.Свойства инициатора приведены в таблице 3.

9029PO


Компонент	Удельный вес (25 ° C)	Активный кислород

10,0
	DMP 45%

3.4. Промотор

Смола сложного винилового эфира и ММА не затвердевают, когда только инициатор добавляется в состоянии сополимеризации, и, следовательно, промотор необходим для ускорения реакции.В этом исследовании в качестве промотора использовался нафтенат кобальта, и его свойства перечислены в таблице 4.


Плотность (25 ° C)	Температура кипения (° C)	Внешний вид

0,95	110,6	Фиолетовая жидкость

3.5. Заполнитель

Заполнитель, если он имеет высокое содержание влаги, ослабляет адгезию между связующим и поверхностью заполнителя и, таким образом, снижает прочность, поэтому его сушили так, чтобы содержание влаги сохранялось на уровне 0.5% или ниже. Свойства используемого заполнителя показаны в Таблице 5.


Размер (мм)	Кажущаяся плотность	Насыпная плотность	Масса устройства (кг / м ^{) )}	Тонкость помола модуль	Содержание влаги (%)	Органические примеси

0,08 ~ 8	2,64	2,62	1,648 318109	<0,1	Нет

3.6. Наполнитель

Поскольку вяжущее для полимербетона находится в жидком виде, необходим наполнитель. Наполнитель заполняет поры в заполнителях, повышая их долговечность и прочность. В данном исследовании использовался тяжелый карбонат кальция, его свойства и химические компоненты представлены в таблицах 6 и 7.


Удельный вес	Насыпная плотность (г / куб.см)	Влагосодержание ( %)	pH	Средний размер зерна ( мкм м)	Остаточный процент на сите 325 меш

2.70	0,75	≦ 0,3	8,8	13	14,3

9017 901 9017 9017 9017 9017 9018 Ca 9017 9017 9018 Ca

Fe ₂ O ₃	SiO ₂	MgO	Потери зажигания

53,7	0,25	0.09	2,23	0,66	42,4

4. Методы

4.1. Выбор подходящей пропорции смеси

Пропорция смеси полимербетона варьируется в зависимости от типа полимерного связующего, а также формы и марки заполнителя. Чтобы получить желаемую пропорцию смеси, количество заполнителя и наполнителя доводят до максимума, а количество полимерного связующего сводят к минимуму до такой степени, чтобы можно было получить заданную обрабатываемость и прочность.Пропорция полимербетона в смеси, полученная в результате нескольких экспериментов методом проб и ошибок, представлена в таблице 8.


Содержание связующего (мас.%)	Состав связующего			Наполнитель (мас. %)	Мелкозернистый заполнитель (мас.%)
	VE: MMA (мас.%)	MEKPO (phr)	Нафтенат кобальта (phr)
						0	100: 0	2	2	18,00	70,00
11,5	97,5: 2,5	17,25	71,25
	11,0
	11,0

Частей на сотку смолы.

4.2. Испытание на прочность при сжатии

Испытание на прочность на сжатие было проведено в соответствии с ASTM C 579 (Стандартные методы испытаний на прочность на сжатие химически стойких строительных растворов, растворов, монолитных поверхностей и полимерных бетонов).В качестве образца использовался цилиндр ∅5 × 10 см, для нагружения использовался 20-тонный UTM (Instron 8502).

5. Результаты и обсуждение

5.1. Прочность на сжатие

Результаты испытаний прочности на сжатие бетона на основе винилэфирного полимера при различном содержании ММА, температуре отверждения и возрасте отверждения показаны в Таблице 9 и на Рисунке 1. Кроме того, экспериментальные данные для этого исследования составили 48. В данных испытаний , прочность на сжатие быстро увеличивалась до возраста 24 часов, но затем медленно увеличивалась до возраста 72 часов.Эта тенденция или тенденция показала различия в зависимости от содержания ММА и температуры отверждения.

5 мас.%) Увеличение содержания ММА приводило к снижению прочности на сжатие. Хюн и Ён [4] заявили, что в полимерном бетоне UP-MMA увеличение отношения MMA к UP привело к снижению прочности на сжатие, а Patel et al.[29] сообщили, что увеличение содержания мономера стирола в смоле на основе сложного винилового эфира привело к большему снижению прочности. Таким образом, результаты этого исследования аналогичны результатам ранее упомянутых исследований.

Что касается температурных изменений во время твердения, температура самого полимербетона увеличилась, но температура отверждения используется в лабораторных испытаниях на зрелость, поскольку температурная история полевого бетона используется для оценки прочности бетона. Рассматривая влияние температуры отверждения (20, 10, 0 и -10 ° C), снижение температуры отверждения привело к заметному снижению прочности на сжатие.Степень снижения прочности на сжатие в соответствии со снижением температуры отверждения была наибольшей при возрасте отверждения 3 часа и постепенно уменьшалась с течением времени. Эту прочность на сжатие можно считать более низкой, чем в предыдущих исследованиях с использованием других типов связующих [3, 4, 30].

5.2. Коэффициент уменьшения ()

В (5) (модификация (1) для лучшей оценки индекса зрелости полимербетона) значение является очень важным элементом. В этом исследовании « n » будет называться уменьшенным коэффициентом.В то время как значение 1 для оценки индекса зрелости цементного бетона, оно должно быть меньше 1 в случае полимербетона. Причина в том, что полимербетон твердеет быстрее, чем цементный. Таким образом, эталонная расчетная прочность составляет 28 дней для цементного бетона и 7 дней для полимербетона.

Ohama et al. [19], чтобы определить значение n , подставив 1/2, 1/3 и 1/4 в (5) для оценки индекса зрелости. И они проанализировали корреляцию с прочностью на сжатие, предсказанной путем подстановки вышеизложенного в уравнение кривой Гомперца.В результате, поскольку коэффициент корреляции был наивысшим при / 2, он был принят в качестве значения.

Однако в данном исследовании для получения более точных значений в (5) были подставлены значения от 0,1 до 1,0 с интервалами 0,1. Таким образом, был оценен индекс зрелости, и значения прочности на сжатие, полученные в результате реальных испытаний, были использованы в качестве данных для коммерчески доступной программы моделирования (модели доза-реакция) для анализа корреляций.

Зависимость, полученная посредством корреляционного анализа, между коэффициентом детерминации и уменьшенным коэффициентом (значением) показана на рисунке 2.Поскольку коэффициент детерминации (), несмотря на небольшие различия в нем, был наибольшим при, в данном исследовании использовалось это значение для оценки индекса зрелости. Причина, по которой это значение меньше, чем предполагалось Охама и др. [19] () заключается в том, что полимербетон на основе сложного винилового эфира, использованный в этом исследовании, имел гораздо более высокую прочность на сжатие, чем изученный ими бетон на основе ненасыщенного полиэфирного полимера, при отрицательной температуре отверждения и в раннем возрасте отверждения.

5.3. Исходная температура
При расчете зрелости полимербетона исходная температура означает ограниченную температуру, ниже которой прочность бетона не увеличивается.Для точной оценки индекса зрелости, прежде всего, важно определить точную исходную температуру. Кроме того, необходимы данные испытаний прочности на сжатие, правильно измеренные в соответствии с температурой отверждения и возрастом отверждения. В этом исследовании использовались значения прочности на сжатие для возраста отверждения до 72 часов, потому что прочность на сжатие заметно выросла в этом возрасте отверждения и после этого имела тенденцию к очень медленному увеличению.
Обычно исходная температура, применяемая к уравнениям зрелости цементного бетона, составляет –10 ° C [21], но также используется –12 ° C [8].Исходная температура иногда может упасть с –10 до –15 ° C при использовании антифриза [19]. Полимербетон, затвердевающий в результате реакции полимеризации, показывает высокую прочность в раннем возрасте отверждения. Скорость развития прочности также можно контролировать с помощью содержания инициатора и промотора связующих полимерных смол. Полимербетон не нуждается в воде для реакции твердения, что позволяет предсказать, что полимербетон может иметь более низкую исходную температуру, чем цементный бетон с добавленной антифризной смесью.
В таблице 9 при температуре -10 ° C наблюдается сильное увеличение прочности даже при возрасте отверждения 3 часа, и в этом свете видно, что -10 ° C (исходная температура цементного бетона) не может быть используется как исходная температура для полимербетона. Это можно понять из того факта, что, как видно из Таблицы 12, индекс зрелости не равен 0, когда температура отверждения составляет -10 ° C.
Ниже приводится подробное объяснение процесса оценки исходной температуры. Во-первых, рис. 3, с возрастом () в качестве оси -с и пределом прочности при сжатии в качестве -оси, подготовлен в соответствии с содержанием ММА и температурой отверждения.Уравнение первичной регрессии может быть получено в соответствии с температурой отверждения методом наименьших квадратов с результатами, показанными в Таблице 10, где коэффициент регрессии « a », полученный в соответствии с температурой отверждения (далее «крутой коэффициент прочности»), представляет тенденция или тенденция увеличения силы. На рис. 4 представлена диаграмма с температурой отверждения в качестве оси -оси и крутизной коэффициента прочности в качестве оси -оси. Достаточно найти температуру, при которой коэффициент прочности «» равен 0, рассматривая рисунок 4 как вторичную кривую.Вторичная кривая имеет две точки, в которых «» равно 0 (), где высокотемпературная точка представляет собой температуру, при которой заканчивается полное развитие прочности, а низкотемпературная точка представляет собой температуру, при которой развитие прочности приостанавливается из-за низкой температуры. . В конечном счете, точка низкой температуры — это исходная температура, используемая для расчета зрелости. Оценка исходной температуры на основе этого метода представлена в Таблице 11.


Содержание MMA (мас.%)	Температура отверждения (° C)	Время отверждения (часов)
Содержание MMA (мас.%)	Температура отверждения (° C)	3	6	24
0	−10	5,25	14,62	25,71	39,62
	0	9.58	20,35	39,48	49,45
	10	26,70	36,49	51,48	62,59


2,5	−10	3,34	6,84	17,08	35,95
	0	5,95	18,11	37.31	42,46
	10	24,73	35,58	49,79	61,12
	20	57,05	60,21			−10	1,41	5,05	14,58	34,82
0	2,56	17,1	34,88	41,65
1011	32,51	48,24	58,08
20	56,08	58,71	63,96	68,66

9018


Содержание ММА (мас.%)	Температура отверждения (° C)
		Константа


0	−10	14.756	-13,024	0,9829
	0	17,696	-11,447	0,9501
	10	15,717	7,76	7,757	7,757	0,9644

2,5	−10	14.603	−18,165	0,9313
	0	16.089	−11,467	0,9630
	10	15,739	6,196	0,8899
	20	5,976	0,960	49,860	49,860	14,868	−20,619	0,9754
0	16,798	−15,025	0,8933
10	17.009	-0,328	0,9252
20	5,602	48,822	0,9907

Коэффициент сопротивления наклона

(для Рисунка 4)

Исходная температура (, ° C)

−10

b с

14.756

17,696

15,719

7,555

−0,0278

0,0418

17,887

0,9986

−24,625

2,5

0,0189

17,225

0,9583

−24,425

5,0

14,868

16,798

17,009

5,602

−0.0333

0,0576

18,283

0,9440

−22,583

мас. (° C) 45,3940

Индекс зрелости ()
Срок отверждения (часов)
3	6	24	72
−
0182
018 .33	25,03	37,95	52,76
0	34,24	42,15	63,89	88,83
10
		62,05	76,39	115,78	160,98

2,5	−10	20,06	24,69	37.43	52,04
	0	33,96	41,81	63,37	88,11
	10	47,86	58,93	9018 9018 9018	9017 9018	115,26	160,26

5,0	−10	17,49	21,54	32,65
	38,66	58,59	81,47
	10	45,30	55,77	84,54	117,54
	20

Таблица 11 показывает, что исходная температура в диапазоне от -22,5 до -24,6 ° C, несмотря на то, что в ней нет большой разницы, уменьшалась по мере увеличения содержания ММА.При прочности на сжатие 3 часа и 72 часа при температуре отверждения -10 ° C, составляющей 5,25 МПа и 39,62 МПа, соответственно, исходная температура, оцененная в этом исследовании, представляется реалистичной величиной.

5.4. Индекс зрелости

Общий среди (1) (хорошо известная и широко используемая функция зрелости медсестры-Сола), (2), (3) и (4) — это характеристика того, что временной интервал не изменяется, а умножается на Это. Обратите внимание, что эти уравнения были предложены для использования в приложениях для цементного бетона.

Однако у полимербетона, как было сказано выше, совершенно другой механизм твердения. Цементный бетон затвердевает за счет гидратации цементного теста, тогда как полимербетон затвердевает за счет полимеризации полимерной смолы. Поскольку для твердения полимербетона не требуется влаги, применяется воздушно-сухое отверждение. При отверждении цементный бетон подвержен воздействию как температуры, так и влаги, но полимербетон — только от температуры. Таким образом, прогноз прочности на основе метода зрелости может быть более подходящим для полимербетона, чем для цементного бетона.

Полимерный бетон, несмотря на вариации в зависимости от количества добавляемого отвердителя или промотора и температуры отверждения, обычно развивает большую часть своей прочности примерно через 24 часа при комнатной температуре. Таким образом, формулы (1), (2), (3) и (4), которые были предложены для применения к цементному бетону, не могут быть применены к полимерному бетону. Согласно практическому обзору корреляций между показателем зрелости, оцененным путем подстановки элементов полимербетона в эти уравнения, и прочностью на сжатие полимербетона, полученной в ходе испытания, коэффициент детерминации () около 0.5 был признан неприменимым.

Поскольку основная причина этого кроется в различиях в скорости отверждения, нанесение невозможно без контроля временного интервала. То есть, поскольку полимербетон имеет более короткое время отверждения, чем цементный бетон, эффект необходимо уменьшить. Отражая это, можно сделать модификацию в (1). Индекс зрелости, рассчитанный путем подстановки исходной температуры таблицы 11 в (1), показан в таблице 12. Согласно результатам, увеличение содержания ММА привело к снижению индекса зрелости, но разница была небольшой.Индекс зрелости, оцененный таким образом, может быть полезен для прогнозирования прочности полимербетона на сжатие в раннем возрасте.

5.5. Прогнозирование прочности

Модели прогнозирования прочности, как показано в (6) — (11), представлены в различных формах. Среди них уравнение (6), называемое логарифмическим уравнением, было предложено Плауменом и представляет собой одно из популярных соотношений «сила-зрелость» [21, 24]. Это уравнение может достаточно точно предсказать силу для промежуточных значений зрелости, но имеет недостаток несовпадения для низких или высоких значений индекса зрелости [8, 21].

Ohama et al. [19] использовали (11) (модификацию уравнения кривой Гомперца) для прогнозирования прочности на сжатие полиэфирного полимербетона и заявили, что существует значительная корреляция. Это также было первое исследование, в котором для прогнозирования прочности полимербетона использовался метод зрелости.

В этом исследовании среди коммерчески доступных компьютерных программ, связанных с линейным прогнозированием, использовался коммерчески доступный программный пакет статистического анализа под названием Curve Expert Professional [31].

Среди моделей, упомянутых здесь, модель DR-HILL (см. (12)) лучше всего соответствовала соотношению индекса зрелости и прочности на сжатие среди моделей доза-реакция. Где — прочность на сжатие (МПа), — индекс зрелости (° C · час или ° C · дни), и,,, и — параметры.

Результаты регрессионного анализа с использованием этой модели показаны на рисунке 5. Параметры, полученные с помощью регрессионного анализа, перечислены в таблице 13, которая обобщена в соответствии с содержанием ММА, а нижняя строка была получена путем объединения экспериментальных данных. полученный в соответствии с тремя различными количествами содержания ММА.Чтобы фактически предсказать прочность на сжатие полимербетона на основе сложного винилового эфира, параметр в последней части можно использовать для регрессионного анализа всех данных.


Содержание MMA (мас.%)

	0.9029
	2.5 -0,529111		67,473992 3,339196		53,013517 0,9039
	5,0 -1,351659		66,593701 3,271513		50,539312 0,8947
	Комбинация −0,463439	69,670477	3,010200	53,060200	0,8965

6.Выводы

Это исследование предсказало прочность на сжатие в раннем возрасте винилэфирного полимербетона с использованием метода зрелости, и результаты следующие: (i) Что касается изменений прочности на сжатие, прочность быстро увеличивалась до 24 часов выдержки, но затем медленно увеличивалась до возраста отверждения 72 часа. По мере увеличения содержания ММА разделение фаз имело больший эффект, тем самым снижая прочность на сжатие. По мере снижения температуры отверждения прочность на сжатие заметно снижалась, но степень ее уменьшения с течением времени уменьшалась.(ii) В (5) функция, измененная для оценки индекса зрелости полимербетона, принят уменьшенный коэффициент (). Значение «» должно быть ниже 1, а в случае полимербетона на основе сложного винилового эфира наиболее подходящим является значение 0,3. (Iii) Исходная температура, применяемая в настоящее время к цементному бетону, –10 ° C, оказалась равной не подходит для бетона на основе винилэфирного полимера. Исходная температура, рассчитанная в этом исследовании, в диапазоне от -22,5 до -24,6 ° C, уменьшалась по мере увеличения содержания MMA, хотя разница в температуре была небольшой.(iv) Что касается индекса зрелости, различные уравнения, используемые для существующего цементного бетона, неприменимы к полимербетону. Влияние временного интервала необходимо было уменьшить, поскольку было обнаружено, что основной причиной является разница в скорости отверждения. (V) Пакет программного обеспечения под названием Curve Expert Professional использовался для получения соответствующей модели прогнозирования прочности на сжатие, и было обнаружено, что что среди моделей доза-реакция подходящей моделью, применимой к полимербетону на основе сложного винилового эфира, была модель DR-HILL, которая выражается как (12).(vi) Хотя параметры в (12) были рассчитаны с помощью регрессионного анализа в соответствии с содержанием ММА, в реальных приложениях может быть приемлемо использовать параметры, рассчитанные путем объединения всех экспериментальных данных, полученных в соответствии с тремя различными количествами содержания ММА. (vii) Результаты этого исследования могут быть полезны для контроля качества и неразрушающего прогнозирования прочности в раннем возрасте для винилэфирного полимербетона; в будущем также следует провести исследования прочности в позднем возрасте.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Команда Purdue тестирует датчики прочности бетона, кривая зрелости не требуется — бетонные изделия

из Университета Пердью в Уэст-Лафайет, штат Индиана, разработали встроенные в плиты датчики, которые могут безопасно ускорить сроки строительства, определяя прочность бетона непосредственно на месте в режиме реального времени. Их технология устраняет необходимость в обширных внешних испытаниях, позволяя подрядчикам проверять зрелость бетона на месте.

«Наши датчики могут помочь в принятии более эффективных решений на основе данных для определения графика строительства и улучшения качества бетона. — говорит профессор гражданского строительства Американской ассоциации бетонных покрытий Луна Лу.Ее команда работает с F.A. Wilhelm Construction Co., чтобы протестировать и сравнить технологию с традиционными коммерческими датчиками, установленными на одном этаже пятиэтажного инженерного и политехнического шлюзового комплекса Purdue.

Лу и ее исследовательская группа также тестируют датчики на автомагистралях через Индиану, чтобы лучше определить, когда только что уложенный бетон готов к тяжелым транспортным нагрузкам. «Мы пытаемся работать с подрядчиками, чтобы выяснить, сколько мы можем сэкономить для них с точки зрения времени, затрат и количества людей, необходимых на объекте, что снижает риски и повышает безопасность строительства», — отмечает Лу.«Это начинается с отраслевого сотрудничества, чтобы оценить, насколько хорошо работают датчики».

За последнее десятилетие, добавляет она, генеральные подрядчики использовали традиционные датчики для надежной и точной оценки прочности и зрелости бетона. Но перед заливкой бетона этот метод требует месячного процесса тестирования конструкции бетонной смеси в лаборатории. Построен линейный график, чтобы отметить прочность смеси на основе определенных температур с течением времени. Этот линейный график затем используется для сопоставления измерений температуры с датчиков в полевых условиях.Значения прочности на графике, называемые «кривой зрелости», помогают рабочим оценить, когда бетон станет достаточно прочным для продолжения строительства.

Если неожиданная погода или какое-либо другое влияние на график требует изменения утвержденной конструкции смеси, подрядчик должен заново построить кривую зрелости для новой смеси.

Лабораторные датчики Purdue предназначены для измерения прочности бетона непосредственно с настила пола в реальном времени, что устраняет необходимость в предварительном построении кривой зрелости.«Эти новые датчики больше похожи на« подключи и работай ». Мы можем делать выводы на лету», — утверждает Райан Декер, менеджер по контролю качества F.A. Wilhelm.

Как и коммерческие датчики, устройства для измерения прочности Лу остаются в бетоне. Датчики Purdue обеспечивают более прямое измерение прочности за счет использования электричества для передачи акустической волны через бетон. То, как бетон реагирует на определенные скорости волн, указывает на его прочность и жесткость.

«Волна, распространяющаяся через бетон, может дать нам много информации.Мы можем узнать не только прочность бетона, но и подробную информацию о микроструктуре », — поясняет Лу. Двенадцать датчиков были установлены в различных секциях третьего этажа Gateway Complex, чтобы команда могла лучше понять, насколько хорошо они работают по сравнению с коммерческими датчиками, используемыми на объекте. Лаборатория Purdue проверила технологию и сейчас разрабатывает систему, которую подрядчики могут использовать для удаленного получения информации о прочности бетона.

Сенсорная технология подробно описана в заявке на патент, поданной через Управление коммерциализации технологий Purdue Research Foundation.Ожидается, что строительство комплекса Gateway будет завершено осенью 2022 года. Междисциплинарный центр соединит проектные учебные лаборатории, дизайн-студии и другие места для совместной работы, чтобы улучшить взаимодействие между сообществом Purdue и компаниями из Индианы.

Глава 3 — Летучая зола в портландцементном бетоне. Факты о летучей золе для дорожных инженеров. — Вторичная переработка — Устойчивое развитие — Тротуары

Факты о летучей золе для дорожных инженеров

Глава 3. Летучая зола в портландцементном бетоне

Введение

Использование летучей золы в портландцементном бетоне (PCC) имеет много преимуществ и улучшает характеристики бетона как в свежем, так и в затвердевшем состоянии.Использование летучей золы в бетоне улучшает обрабатываемость пластичного бетона, а также прочность и долговечность затвердевшего бетона. Использование летучей золы также экономично. Когда в бетон добавляют летучую золу, количество портландцемента может быть уменьшено.

Преимущества свежего бетона. Как правило, летучая зола полезна для свежего бетона, поскольку снижает потребность в воде для смешивания и улучшает текучесть пасты. В результате получаются следующие выгоды:

Улучшенная обрабатываемость. Частицы летучей золы сферической формы действуют как миниатюрные шарикоподшипники в бетонной смеси, обеспечивая таким образом смазывающий эффект. Этот же эффект также улучшает прокачиваемость бетона за счет снижения потерь на трение во время процесса перекачивания и обработки плоских поверхностей.
Рисунок 3-1: Летучая зола улучшает удобоукладываемость бетона дорожного покрытия.
Снижение потребности в воде. Замена цемента летучей золой снижает потребность в воде при данной осадке.Когда летучая зола используется в количестве около 20 процентов от общего количества вяжущего, потребность в воде снижается примерно на 10 процентов. Более высокое содержание летучей золы приведет к большему сокращению воды. Снижение потребности в воде практически не влияет на усадку / растрескивание при высыхании. Известно, что некоторая летучая зола снижает усадку при высыхании в определенных ситуациях.
Пониженная теплота гидратации. Замена цемента таким же количеством летучей золы может снизить теплоту гидратации бетона.Это снижение теплоты гидратации не вредит долгосрочному приросту силы или долговечности. Пониженная теплота гидратации уменьшает проблемы нагрева при укладке массивного бетона.

Преимущества затвердевшего бетона. Одним из основных преимуществ золы-уноса является ее реакция с имеющейся в бетоне известью и щелочью с образованием дополнительных вяжущих соединений. Следующие уравнения иллюстрируют пуццолановую реакцию летучей золы с известью с образованием дополнительного связующего на основе гидрата силиката кальция (C-S-H):

		(гидратация)
Цементная реакция:	C ₃ S +	H → CSH + CaOH
Пуццолановая реакция:	HC CaOH +
	кремнезем из золы

Повышенный предел прочности. Дополнительное связующее, получаемое в результате реакции летучей золы с доступной известью, позволяет бетону из летучей золы со временем набирать прочность. Смеси, предназначенные для обеспечения эквивалентной прочности в раннем возрасте (менее 90 дней), в конечном итоге будут превосходить по прочности прямые цементобетонные смеси (см. Рисунок 3-2).

Рис. 3-2: Типичное увеличение прочности бетона из летучей золы.

Пониженная проницаемость. Уменьшение содержания воды в сочетании с производством дополнительных вяжущих смесей снижает взаимосвязь пор бетона, тем самым уменьшая проницаемость.Уменьшение проницаемости приводит к повышению долговечности и устойчивости к различным формам износа (см. Рисунок 3-3)

Рисунок 3-3: Проницаемость бетона из летучей золы.

Требования к конструкции и техническим характеристикам смеси

Процедуры дозирования бетонных смесей с зольной пылью (FAC) обязательно немного отличаются от таковых для обычных PCC. Основные рекомендации по выбору пропорций бетона содержатся в Руководстве по бетонной практике Американского института бетона (ACI), раздел 211.1. Дорожные агентства обычно используют вариации этой процедуры, но основные концепции, рекомендованные ACI, широко признаны и приняты. В ACI 232.2 очень мало информации о дозировании.

Летучая зола используется для снижения стоимости и повышения производительности PCC. Обычно от 15 до 30 процентов портландцемента заменяется летучей золой, а еще более высокие проценты используются для укладки массового бетона. Удаляемый цемент заменяется летучей золой эквивалентной или большей по весу.Соотношение замещения летучей золы и портландцемента обычно составляет от 1: 1 до 1,5: 1.

Дизайн смеси следует оценивать с различным процентным содержанием летучей золы. Для каждого условия можно построить кривые зависимости времени от прочности. Чтобы соответствовать требованиям спецификации, разработаны кривые для различных коэффициентов замещения и выбран оптимальный коэффициент замещения. Расчет смеси следует выполнять с использованием предлагаемых строительных материалов. Рекомендуется, чтобы тестируемый бетон из летучей золы включал местные материалы при оценке характеристик.

Факторы цемента. Поскольку добавление летучей золы способствует общему количеству цементирующего материала, доступного в смеси, минимальный коэффициент цементации (портландцемент), используемый в PCC, может быть эффективно снижен для FAC. ACI признает этот вклад и рекомендует использовать соотношение вода / (цемент плюс пуццолан) для FAC вместо обычного отношения вода / цемент, используемого в PCC.

Частицы летучей золы вступают в реакцию со свободной известью в цементной матрице с образованием дополнительного вяжущего материала и, таким образом, увеличения долговременной прочности.

Свойства летучей золы

Тонкость. Тонкость зольной пыли важна, потому что она влияет на уровень пуццолановой активности и удобоукладываемость бетона. Согласно техническим условиям, через сито 0,044 мм (№ 325) должно пройти не менее 66 процентов.

Удельный вес. Хотя удельный вес не влияет напрямую на качество бетона, он имеет значение для выявления изменений в других характеристиках летучей золы. Его следует регулярно проверять в качестве меры контроля качества и соотносить с другими характеристиками летучей золы, которые могут колебаться.

Химический состав. Реактивные алюмосиликатные и алюмосиликатные компоненты летучей золы обычно представлены в их номенклатуре оксидов, таких как диоксид кремния, оксид алюминия и оксид кальция. Изменчивость химического состава регулярно проверяется в качестве меры контроля качества. Алюмосиликатные компоненты реагируют с гидроксидом кальция с образованием дополнительных вяжущих материалов. Летучая зола имеет тенденцию повышать прочность бетона, когда эти компоненты присутствуют в более мелких фракциях летучей золы.

Содержание триоксида серы ограничено пятью процентами, поскольку было показано, что большие количества увеличивают расширение строительного бруса.

Содержание щелочей в большинстве зол меньше указанного в спецификации 1,5 процента. Содержание, превышающее указанное, может способствовать проблемам расширения щелочных агрегатов.

Содержание углерода. LOI — это измерение количества несгоревшего углерода, остающегося в золе. Он может составлять до пяти процентов по AASHTO и шести процентов по ASTM. Несгоревший углерод может поглощать воздухововлекающие примеси (AEA) и увеличивать потребность в воде.Кроме того, часть углерода в золе-уносе может быть инкапсулирована в стекло или иным образом быть менее активна и, следовательно, не влиять на смесь. И наоборот, некоторая летучая зола с низкими значениями LOI может иметь тип углерода с очень большой площадью поверхности, что приведет к увеличению дозировки AEA. Вариации LOI могут способствовать колебаниям содержания воздуха и требовать более тщательного полевого мониторинга увлеченного воздуха в бетоне. Кроме того, если летучая зола имеет очень высокое содержание углерода, частицы углерода могут всплывать вверх во время процесса отделки бетона и могут образовывать темные полосы на поверхности.

Прочие компоненты

Агрегаты. Как и в случае любой бетонной смеси, необходимы соответствующие отборы проб и испытания, чтобы убедиться, что заполнители, используемые в конструкции смеси, имеют хорошее качество и являются репрезентативными для материалов, которые будут использоваться в проекте. Агрегаты, содержащие реактивный диоксид кремния, могут использоваться в FAC.

Цемент. Летучая зола может эффективно использоваться в сочетании со всеми типами цементов: портландцементом, цементом с высокими эксплуатационными характеристиками и цементами с добавками.Однако следует соблюдать особую осторожность при использовании золы-уноса с высокопрочными или пуццолановыми цементами. Соответствующий состав смеси и испытания должны быть проведены для оценки влияния добавления летучей золы на характеристики высокопрочного бетона. Смешанные или пуццолановые цементы уже содержат летучую золу или другой пуццолан. Дополнительная замена цемента повлияет на раннее развитие прочности. У цемента разные характеристики, как и у летучей золы, и не из всех комбинаций получается хороший бетон. Выбранный портландцемент должен быть испытан и одобрен как таковой, а также оценен в сочетании с конкретной используемой летучей золой.

Воздухововлекающие добавки (AEA). Чем выше содержание углерода в летучей золе, тем труднее контролировать содержание воздуха. Кроме того, если содержание углерода меняется, необходимо тщательно контролировать содержание воздуха и изменять дозировку примесей, чтобы обеспечить надлежащие уровни вовлечения воздуха.

Замедлители. Добавление летучей золы не должно существенно влиять на эффективность химического замедлителя схватывания. Некоторые виды летучей золы могут замедлить время схватывания и снизить потребность в замедлителе схватывания.

Редукторы воды. Бетон из летучей золы обычно требует меньше воды, но его можно улучшить с помощью добавки, уменьшающей количество воды. Эффективность этих добавок может варьироваться в зависимости от добавления летучей золы.

Строительные практики

Бетонные смеси с летучей золой могут быть разработаны так, чтобы по своим характеристикам практически не отличались от смесей PCC с небольшими отличиями. При смешивании и размещении любого FAC могут потребоваться небольшие изменения в полевых условиях. Будут полезны следующие общие практические правила:

Заводские операции. Летучая зола требует отдельного водонепроницаемого, герметичного бункера или бункера для хранения. Будьте осторожны и четко пометьте загрузочную трубу для летучей золы, чтобы предотвратить перекрестное загрязнение при доставке. Если невозможно предоставить отдельный бункер для хранения цемента, можно разделить бункер для цемента. Если возможно, используйте разделитель с двойными стенками для предотвращения перекрестного загрязнения. Благодаря сферической форме частиц сухая летучая зола более текучая, чем сухой портландцемент. Угол естественного откоса летучей золы обычно меньше, чем у цемента.

Как и в случае с любой другой бетонной смесью, время и условия перемешивания имеют решающее значение для получения качественного бетона. Увеличение объема пасты и удобоукладываемости бетона (эффект шарикоподшипников), связанное с использованием летучей золы, обычно повышает эффективность перемешивания.

Практика на местах. Начиная с первой доставки бетона на строительную площадку, каждую загрузку следует проверять на наличие увлеченного воздуха до тех пор, пока персонал проекта не будет уверен, что достигается постоянное содержание воздуха. После этого следует продолжить периодические испытания для обеспечения согласованности.Бетон следует укладывать как можно быстрее, чтобы свести к минимуму потерю увлеченного воздуха при продолжительном перемешивании. Следует придерживаться обычных методов консолидации. Следует избегать чрезмерной вибрации, чтобы свести к минимуму потерю содержания воздуха на месте.

FAC позволяют легко укладывать ее. Многие подрядчики сообщают об улучшении гладкости покрытий FAC по сравнению с покрытиями, построенными с использованием обычных PCC. FAC содержит больше пасты, чем обычный PCC, что благоприятно сказывается на отделке.Более медленное раннее развитие прочности FAC может также привести к более длительному удержанию влаги.

Рисунок 3-5: Отделка бетона золой-уносом

Устранение неполадок. Те, кто впервые использует летучую золу в бетоне, должны оценить характеристики предлагаемых смесей до начала строительства. Все ингредиенты бетона должны быть протестированы и оценены для разработки желаемого дизайна смеси.

Содержание воздуха. Крупность летучей золы и улучшенная обрабатываемость FAC естественно затрудняют образование и удержание увлеченного воздуха.Кроме того, остаточный несгоревший углерод в золе адсорбирует часть воздухововлекающего агента и затрудняет достижение желаемого содержания воздуха. Зола с более высоким содержанием углерода, естественно, требует более высокого содержания AEA. Проверка качества и контроля качества золы в источнике должна гарантировать, что используемая летучая зола поддерживает однородное содержание углерода (LOI), чтобы предотвратить неприемлемые колебания в увлеченном воздухе. Новые технологии и процедуры по устранению несгоревшего углерода в летучей золе описаны в главе 10.

Более низкая ранняя прочность. Бетонные смеси с зольной пылью обычно в раннем возрасте имеют более низкую прочность. Более медленный набор прочности может потребовать усиления форм для смягчения гидравлических нагрузок. Следует отметить, что удаление формы и открытие для трафика может быть отложено из-за более медленного набора силы. Более низкие ранние сильные стороны можно преодолеть с помощью ускорителей.

Сезонные ограничения. Планирование строительства должно предусматривать время, чтобы FAC набрал достаточную плотность и прочность, чтобы противостоять антиобледенительным процессам и циклам замораживания-оттаивания до наступления зимних месяцев.Прирост силы FAC минимален в холодные месяцы. Хотя пуццолановые реакции значительно уменьшаются при температуре ниже 4,4 ° C (40 ° F), увеличение прочности может продолжаться более медленными темпами в результате продолжающейся гидратации цемента. Химические добавки могут использоваться для компенсации сезонных ограничений.

Ссылки на проектирование и изготовление

См. Приложение C.

Прочность и температура бетона на месте: наука о зрелости

Джон Гнэдинджер

Один из самых важных вопросов в любом бетонном строительном проекте: «Какова прочность этого бетона?» прямо сейчас?» Чтобы ответить на этот вопрос, подрядчики обычно разбивают образцы бетона (цилиндры, кубы или балки) путем дробления и измерения требуемого усилия.Однако все, что действительно говорит вам, — это прочность образца — прочность бетона на месте все еще неизвестна, и тем не менее это то, что действительно необходимо.

В большинстве случаев использование испытательных образцов для определения раннего расшатывания или пост-напряжения означает, что конкретные проекты без необходимости откладываются. Знание прочности на месте важно для того, чтобы эти критически важные строительные работы могли быть выполнены как можно скорее и безопасно. Сегодня новые технологии и методы испытаний могут повысить безопасность на стройплощадке за счет устранения любых догадок и, в качестве бонуса, значительно улучшить планирование критически важных строительных работ.

С 1987 года ASTM признал метод зрелости как средство неразрушающей оценки прочности бетона на месте (C1074).В США и Европе практически все органы по стандартизации и бетонные организации теперь признают испытания на зрелость бетона как действенный и критически важный инструмент оценки бетона для мостов, дорог, сооружений, высотных зданий, сборного железобетона или любого другого значительного бетонного проекта.

Провести этот тест довольно просто. Просто нужно сначала создать калибровочную кривую прочности на основе конкретной используемой бетонной смеси, а затем отслеживать и записывать температуру бетона на месте.В процессе калибровки используются стандартные образцы бетона (цилиндры, балки или кубы), которые отверждаются в контролируемых условиях и измельчаются в определенном возрасте. На графике нанесены сила и возраст, а также построена калибровочная кривая. Каждый дизайн смеси должен быть откалиброван отдельно — метод в значительной степени зависит от смеси. Кроме того, бетон, доставляемый на рабочую площадку, должен быть «в значительной степени похож» на бетон, испытанный в лаборатории. После калибровки системы бетон на месте оснащается датчиками и записывающими устройствами.Записанная температурная история бетона на месте (рисунок 1) применяется к формуле, и получается оценка прочности на месте (рисунок 2).

Оценка прочности в раннем возрасте для определения самого быстрого начала критических по времени строительных работ, таких как снятие опалубки (снятие опалубки), последующее натяжение, перетяжка и т. Д.Для определенных типов строительства, а также для проектов в холодную погоду это может позволить нагрузку на сухожилия РТ и снятие кожуха на один или два дня раньше.
Значительное повышение безопасности за счет предотвращения преждевременного расшатывания или нагрузки на арматуру PT, поскольку можно контролировать сразу несколько участков конструкции.
Оптимизация конструкции бетонной смеси с использованием зрелости позволяет производителям создавать смеси, отвечающие всем структурным требованиям, в то же время сводя к минимуму чрезмерный дизайн, тем самым снижая затраты и уменьшая факторы цемента, которые могут сократить нежелательные проблемы усадки плиты.
«Резервное копирование» для неисправных тестовых образцов — одно из больших преимуществ, отмеченное опытными пользователями. Когда весь строительный проект без необходимости откладывается из-за того, что бригады ждут, пока испытательные образцы достигнут прочности (даже если сама конструкция уже есть), внезапно «стоимость» мониторинга зрелости становится крошечной по сравнению с потенциальными потерями. Это известно как «дешевая страховка».