Застывание бетона в зависимости от температуры: Бетон — до какой температуры можно заливать

Содержание

Твердение бетона в зависимости от температуры


Время застывания бетона в зависимости от температуры, минимальная температура

Прочность бетона – это главная его характеристика, благодаря которой удается определить качество монолитно сооружения. Причина в том, что прочность напрямую связан со структурой бетонного камня. Процесс твердение бетона очень сложный. В ходе таких мероприятий происходит взаимодействие цемента и воды.

Здесь указано сколько времени застывает бетон.

Результатом гидратации цемента становится образование новых соединений, а также формирование бетонного камня. В результате твердения бетон становится прочнее, но набирается прочность не сразу, а постепенно. Для этого может понадобиться не один месяц.

Условия

Перед тем как перейти к строительным работам, необходимо учитывать конкретные условия, которые определенным образом влияют на длительность твердения бетона.

Время года

Большой процент влияния на застывание бетонного раствор оказывают окружающие факторы. С учетом температурного режима и атмосферной важности время застывания и полноценной сушки может составить несколько дней, но это при условии, что все мероприятии проходили в летнее время. Но в этом случае имеется свой недостатком, который заключается в невысокой прочность полученной конструкции. Если работы проводились в зимнее время, то конструкция будет удерживать большое количество влаги в течение месяца.

Бетон м200 цена и другие технические данные указаны в статье.

На видео рассказывается о времени застывания бетона в зависимости от температуры:

Бетон марки м200 технические характеристики и другие данные указаны в статье.

Длительность затвердевания бетона во многом определяется плотностью укладки строительного состава. Конечно, чем выше ее показатель, тем медленно осуществляется выход воду из структуры, а показатели гидратации цемента будут лучше. В промышленном строительстве такой проблеме уже было найдено решение. В этом случае задействуют виброобработку, в домашних условиях имеется альтернативный вариант – стыкование.Процесс утрамбовки

Необходимо отметить, что стяжку с высокими показателями плотности очень тяжело резать и сверлить. Здесь не обойтись без такого оборудования, как буры с алмазными напылением. Если применять сверла с обычным наконечником, то они сразу же выходят из строя.

Какова прочность бетона в15 указано в статье.

Состав
На фото показан состав бетона

Компоненты, которые находятся в составе цементной смеси, также оказывают немаловажную роль на время схватывание бетона. Если в составе находится большое количество пористых материалов, то процесс обезвоживания конструкции будет происходить намного медленнее. Если в составе преобладают такие компоненты, как песок и гравий, то вся вода начнет быстрее выходить из раствора.

Каково время набора прочности бетона, можно узнать из статьи.

Для того чтобы сделать процесс испарения благи из бетона медленнее, а также улучшить его прочностные показатели, стоит задействовать специальные добавки. Как правило, это бетонит, мыльный состав. Конечно, это потребует небольших денежных затрат, но зато вы сможете защитить свою конструкцию от преждевременного пересыхания.

Каков состав бетона для отмостки лучшего всего применять указано в статье.

Обеспечение условий затвердения

Когда нужно добиться длительного нахождения влаги в цементной смеси, то стоит выполнить монтаж гидроизоляционного материала на опалубку. При условии, что формовочный каркас выполнен из пластика, укладывать дополнительный слой гидроизоляции нет смысла. Демонтаж опалубки стоит производить только по прошествии 8-10 дней. За этот период бетон уже успел схватиться и дальше может сохнуть без опалубки. 

Добавки

Для задержания воды в бетоне можно вводить в строительную смесь различные модифицирующие добавки. Если необходимо добиться быстрого застывания и уже ходить по залитой конструкции, стоит добавлять к раствору особые ингредиенты, позволяющие добиться быстрой сцепки. 

Низкий уровень испарения

Когда бетонный раствор схватился, его сразу накрывают полиэтиленовой пленкой. Благодаря таким мероприятиям удается задержать влагу в бетону в первые дни после установки конструкции. Раз в 3 дня пленку нужно удалять и обрабатывать поверхность водой.

Расчет времени прогрева бетона в зимнее время указано в статье.

Когда момента заливки пройдет 20 дней, то пленку можно убрать насовсем и подождать, пока стяжка полностью высохнет при обычных условиях. Как правило, это занимает 28-30 дней. Уже по прошествии этого срока по основанию можно ходить и даже устанавливать различные строительные конструкции.

Время застывания при разной температуре

Необходимо обозначить, что время схватывания бетона в опалубке может достигать до 7 дней. Только после этого опалубка может быть демонтирована. В таком случае удается сохранить целостность бетонной конструкции. Но в большинстве случаев этот показатель зависит от марки бетона, а также температурных условий.

В данной статье указано сколько идет цемента на 1 куб бетона.

Таблица 1 – Время твердения бетона в зависимости от температуры

Марка бетона Время затвердения бетона Среднесуточная температура бетона, оС
-3 0 +5 +10 +20 +30
Прочность бетона на сжатие, % от 28-суточной
М200-М300 на основе портландцемента М400-М500 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
Минимальная температура

Осуществлять заливку бетона в холодное время года можно только при условии, что обеспечена необходимая гидро- и теплоизоляция конструкции после монтажных работ. По той причине, что низкие температуры замедляют процесс гидратации, а, следовательно, и набор прочностных характеристик, то очень важно строго выждать необходимое время. Как правило, при температурном режиме -5 градусов, для набора прочности понадобиться увеличить время в 5-7 раз, в отличие от рекомендуемой температуре в 20 градусов.

В статье описан подбор состава тяжелого бетона.

На видео рассказывается о минимальной температуре застывания бетона:

Поэтому выполнять заливку фундамента в зимнее время необходимо только при условии, что вы знаете, как правильно заливать бетон в мороз. Главное условие – это соблюдение все правил, тогда качество заливки будет не хуже, чем в благоприятные дни.

Опытные строители не экономят на строительстве и используют бетононасос. Кроме этого, важно выполнять правильный уход за бетоном. При заливке во время морозов в состав смеси стоит добавлять морозоустойчивые присадки и утеплить опалубку. После этого стоит осуществлять прогревания бетонированной площадки. Если все эти условия будут соблюдены, то будет совершенно неважно, при каком температурном режиме будет происходить заливка бетона.

Узнать сколько весит куб бетона м400 можно в данной статье.

Процесс заливки фундамент – это очень сложный процесс. Для обеспечения необходимой прочности стоит правильно выждать время затвердения. Если влажность из конструкции испариться раньше указанного срока, то прочностные показатели будут незначительные, что приведет к ухудшению качеств будущей постройки.

resforbuild.ru

Скорость твердения бетона

В данном материале содержится таблица затвердевания и подробная информация по тому, каким образом можно увеличить скорость твердения бетона. Данная таблица послужит вам при определении сроков работ.

Схема опалубки для заливки.

Неизбежным процессом является твердение после заливки. Качество изделия, которое было залито, будет напрямую зависеть от мероприятий, которые были проведены в момент твердения смеси.

После начала схватывания и укладки смесь должна выстаиваться в условиях, которые способны обеспечить набор необходимой прочности и качества.

Твердение – достаточно сложный физико-химический процесс. Он происходит при взаимодействии воды и цемента. Вода будет проникать в частицы цемента постепенно, в связи с чем скорость застывания будет довольно маленькой. Для того чтобы изготовить бетон высокой прочности, следует создать хорошие условия твердения. К подобным условиям следует отнести относительную влажность окружающего воздуха не меньше чем 90% и плюсовую температуру (18-22°C). Данные условия твердения могут быть созданы в специальной камере либо достигнуты с помощью засыпки опилками или увлаженным песком.

Таблица пропорций.

В процессе твердения во влажной среде прочность его будет гораздо выше, чем при твердении его на открытом воздухе, потому что во втором случае вода из смеси будет полностью испаряться, и это приведет к тому, что нужную крепость смесь не получит, следовательно, такой процесс твердения нельзя считать качественным. Это может происходить из-за того, что сердцевина многих зерен цемента может не успевать вступать в химическую реакцию с водой. Следовательно, нельзя допускать преждевременного высыхания.

В летний и весенний периоды для того, чтобы сохранить влагу, на поверхность его следует нанести битумную эмульсию, помимо того, укрыть бетон при помощи полиэтиленовых пленок.

Рост прочности напрямую будет зависеть от температурного режима твердения. Если температура ниже нормальной, твердение будет замедляться, а если имеется минусовая температура, то твердение и вовсе прекратится. При повышенной влажности и температуре подобный процесс будет происходить несколько быстрее. При нормальных условиях твердения через 7-14 дней приготовления бетон может достигнуть 60-70% собственной 28-дневной прочности.

Во время процесса твердения объем его будет изменяться, потому что смесь, затвердевая, будет давать усадку. Усадка в поверхностных зонах может происходить несколько быстрее, чем во внутренних, следовательно, если имеется недостаток влаги во время твердения, на поверхности могут начать появляться усадочные трещины. Трещины маленьких размеров, которые снижают прочность и качество, могут возникать и из-за неравномерного прогрева блока в процессе выделения тепла при цементном схватывании.

Увеличение скорости схватывания

Схема заливки фундамента.

Скорость застывания будет играть большую роль в процессе проведения строительных работ. В некоторых случаях необходимо ускорить время затвердевания, к примеру, если потребуется быстрая эксплуатационная нагрузка на конструкцию либо же при бетонировании в зимний период времени. В подобном случае следует использовать добавки-ускорители, которые необходимо вводить в при изготовлении.

Для ускорения твердения сборного железобетона данную смесь чаще всего обрабатывают при помощи использования пара либо электрического тока. В конце материала содержится таблица, которая показывает процент прочности, который способен набрать бетон за определенный промежуток времени.

Опыты показали, что повышение температуры до 95°C практически не приведет к ускорению затвердевания на заводских портландцементах. Однако введение добавки к портландцементу, которая состоит из 25% тонкомолотого трепела либо гранулированного шлака, способно обеспечить эффективность повышения температур пропаривания до 95°C.

Читайте также:  Время застывания цемента

Стоит заметить, что именно в связи с проблемами твердения цемента в северных районах Российской Федерации цены на частные дома и коттеджи гораздо выше, чем в центральных.

Пропаривание на высокоростных цементах и при низком ВЦ при температурах 80°C на протяжении 7 часов (следует также добавить 3 часа на подъем температур и 2 часа на остывание) чаще всего способно обеспечить получение прочности до 50-75%. С увеличением длительности пропаривания в дальнейшем с 7 до 13 часов появится возможность прироста прочности до 70-80%.

Таблица ускорителей и замедлителей схватывания смесей.

Следовательно, эффективность увеличения срока пропаривания падает. Вовсе не целесообразным оказывается более продолжительный срок обработки теплом подобного бетона при 80°C. Стоит заметить, что затраты портландцементов в подобных случаях составляют 300 и 500 кг на 1 м³. Малоподвижная смесь изготавливается на москворецком песке и гранитном щебне хорошего качества.

При введении гранулированного тонкомолотого шлака эффективность пропаривания способна сохраниться до 1 суток, а при добавлении молотого трепела данный срок может достигать всего 12 часов. Если уменьшить водоцементное отношение и увеличить жесткость смеси, которая укладывается, кратковременный эффект пропаривания будет возрастать. Соответственно, в процессе работы с высокопрочными материалами срок пропаривания может значительно сократиться.

Усадка смеси

В период выдерживания вода в середине смеси будет перемещаться и выпариваться в наружную среду, в связи с чем произойдет уменьшение в объеме, то есть процесс, который называется усадкой. Данный процесс в большинстве случаев происходит неравномерно. В связи с этим будут появляться небольшие усадочные трещины.

График усадки при высыхании образцов.

Образование трещин будет происходить и в связи с неравномерным разогревом смеси вследствие выделения теплоты в процессе гидратации цементов. Трещины способны значительно влиять на качество, прочность и долговечность подобных конструкций.

На интенсивность твердения может влиять и температура. В случае если температура ниже, чем нормальная (20 +/- 2°C), процесс чаще всего замедляется. При отрицательных температурах процесс практически останавливается. В случае повышения температурного режима твердение ускорится в условиях недостаточной влажности.

Факторы ухудшения качества

К ухудшению качества конструкций могут привести удары либо вибрация в начальном периоде твердения – они будут нарушать структуру, которая была вновь создана. Стоит понимать, что нужен правильный уход. Только в таком случае таблица предоставит правильные показатели.

Для того чтобы бетон имел возможность набрать необходимую прочность и качество, за ним нужен надлежащий и качественный уход. Необходимо поддерживать соответствующий температурный режим твердения, оберегать затвердевающую конструкцию от различных механических воздействий, предотвращать возможности возникновения температурно-усадочных трещин и деформаций.

Схема усадки.

Несоблюдение подобных условий твердения чаще всего приводит к получению конструкции самого низкого качества, а иногда и вовсе к ее разрушению. Случиться данное может и при условии укладки бетона высокого качества и правильного выполнения полностью всех арматурных, бетонных и опалубочных строительных работ. Крайне важно ухаживать за затвердевающим бетоном во время первых дней после того, как была выполнена укладка.

Рекомендации по уходу

Для того чтобы предотвратить появление трещин, следует проводить укрывание и полив максимум через 10-12 часов. Во время ветреной погоды либо жары – через 2-3 часа после выполнения процесса укладки (подобные нормы не касаются ухода за смесью в зимний период времени либо при жарком и сухом климате). В летний период времени в условиях умеренной климатической зоны при теплой сухой погоде бетон на основе обыкновенного портландцемента следует поливать на протяжении 7 дней. При этом на глиноземном поливать следует всего 3 дня, а на шлакопортландцементе – в течение 14 суток.

Читайте также:  Значение водоцементного соотношения бетонной смеси

В случае если температура воздуха более 15 градусов, в дневное время в первые 3 дня бетон следует поливать каждые 3 часа, а в ночное время – только 1 раз. Далее полив должен проводиться не реже чем 3 раза в сутки. Если поверхность конструкции предварительно будет накрыта материалом, который способен удерживать влагу, к примеру, матами либо брезентом, перерывы между поливом могут увеличиться в 1,5 раза. Бетон, поверхность которого укрывается полиэтиленовой защитной пленкой, не поливается. Полив не следует проводить при температурах воздуха от 0 до +5 °C.

Защита конструкции

Наиболее распространенным методом накрывания является применение материалов, которые способны удерживать влагу, – рогожи, матов, песка. Однако в достаточно большом количестве случаев перекладывание подобных материалов и поддержание их во влажном состоянии является весьма трудоемким процессом и не годится, в случае если планируется выполнять большие объемы.

Несколько более эффективным можно считать использование водонепроницаемых пленок, к примеру, полиэтиленовых. Помимо того, пленкообразующих материалов в соответствии с требованиями по эксплуатации, при этом желательно, чтобы они были светлых тонов.

После заливки нужно сразу же накрыть пленкой из полиэтилена, чтобы не допустить излишнего попадания влаги.

Для устройства подобной защиты следует применять стандартные пленкообразующие материалы (ПМ), битумные эмульсии, лак этиноль. Пленки, которые имеют темный цвет, после их формирования лучше всего будет осветлять. Делать это можно при помощи водного раствора мела. В летний период бетон должен укрываться от солнечных лучей, а в зимний – от воздействия мороза.

Для того чтобы предотвратить вредные нагрузки на смесь (к примеру, такие, как движение людей), может понадобиться установка опалубки либо риштовки. Данный процесс можно выполнять исключительно после того, как прочность достигнет показателя как минимум в 1,5 МПа.

Ускорение процесса твердения

Продолжительность твердения имеет весьма большое значение.

Темп набора прочности будет зависеть от вида цемента, а также наличия различных химических добавок, которые способны повлиять на процесс твердения, и температур, при которых подобный процесс будет происходить. Таблица, прикрепленная в конце статьи, содержит данные о темпе твердения.

Применение бетона на цементе, который быстро затвердевает, способно обеспечить скорость нарастания прочности в ранний период затвердевания (понадобится приблизительно от 1 до 3 суток). Чаще всего подобный цемент используется для того, чтобы была возможность проводить ремонтные работы и устраивать стыки в сборных конструкциях. Таблица содержит подробные данные по этому поводу.

Добавки необходимо вводить во время приготовления смеси. Количество сульфата натрия ни в коем случае не должно превышать 2%, нитрата кальция, нитрата натрия, нитрит-нитрата кальция – 4%. Хлорида кальция в конструкциях должно содержаться 3%, а в армированных конструкциях – 2%.

Процесс затвердевания может быть ускорен и при помощи тепловой обработки электропрогревом или контактным обогревом термоопалубкой, а в зимний период другими методами. В обычных и жарких условиях продолжительность воздействия электропрогрева составляет от 3 до 8 часов. После этого конструкция начнет набирать прочность самостоятельно.

Таблица, которая содержится в данном материале, дает возможность определить, какая прочность появится через определенный промежуток времени. Таблица содержит различные марки, также в ней предусмотрен такой параметр, как среднесуточная температура.

Page 2
  • Армирование
  • Виды
  • Изготовление
  • Инструменты
  • Монтаж
  • Расчёт
  • Ремонт

1pobetonu. ru

Зависимость прочности бетона от температуры затвердевания.

 Как правило, нормальной температурой твердения бетона принято считать 15 – 20°. Чем ниже температура, тем медленнее нарастает прочность. Если отметка падает ниже ноля, бетон будет твердеть только в том случае, если в воду добавлены соли, которые снижают точку замерзания.

В случае, когда бетон начал твердеть, а затем замерз, после оттаивания процесс продолжится. Если замерзшая вода изначально не повредила структуру бетона, то прочность материала значительно возрастет.

Твердение при высоких температурах. 

 В условиях повышенной температуры бетон затвердевает быстрее, особенно если процесс происходит в условиях повышенной влажности. При высоких температурах сложно защитить бетон от высыхания, потому нельзя нагревать его сильнее 85°. Пример исключения – обработка в автоклавах паром под высоким давлением на заводах.

 Прочность бетона, который твердеет при разных температурах (скорость не имеет значения), приблизительно определяется по проектным показателям бетона R28 умножением на коэффициенты таблицы С. А. Миронова (см. таблицу). R28 затвердевает при нормальной температуре за 28 дней. 

Производство работ и основные требования к бетону в зимний период. 

 Важно, чтобы бетон, уложенный в зимнее время, затвердел и набрал прочность этой же зимой. Прочности должно хватить на распалубку, частичную или даже полную загрузку строения.

В любом случае, бетон не должен замерзнуть пока не наберет хотя бы половину своей проектной прочности. Даже если используются быстротвердеющие материалы, время затвердевания в теплых условиях не должно быть менее 2 – 3 суток, если используется обычный бетон – от 5 до 7 суток. 

Негативное влияние низких температур. 

 Как показывает практика, замерзание бетона на раннем этапе сильно снижает его надежность в дальнейшем. Замерзающая вода в свежем растворе нарушает связь между цементным камнем и заполнителем, а также сцепление с арматурой в железобетонных конструкциях.

Чем позднее бетон замерз, тем выше его прочность. Чтобы бетон набрал нужные характеристики, зимой нужно обеспечить его затвердевание в теплых и влажных условиях на весь необходимый срок.  

Обеспечение правильного твердения бетона зимой. 

 Стимулировать процесс можно двумя путями:

  • используя внутреннее тепло бетона;
  • передавая дополнительное тепло извне.

 В первом случае нужно использовать только быстротвердеющие высокопрочные марки цемента, например, глиноземистый или портландцемент. Рекомендуется также применить ускоритель твердения, такой как хлористый кальций, уменьшить объем воды в растворе, уплотнить его высококачественными вибраторами. Это позволит бетону набрать нужную прочность не за 28 дней, а всего за 3 – 5 суток.

Температура твердения бетона

Бетон

Срок твердения,

суток

Среднесуточная температура бетона, °С

-3

0

+5

+10

+20

+30

   

прочность бетона на сжатие % от 28-суточной

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

www. betonmo26.ru

График набора прочности бетона – определение скорости гидратации раствора

Создание различных строительных конструкций предполагает выполнение работ с цементным раствором, потому чрезвычайно важно предварительно изучить график набора прочности бетона, чтобы строительство завершилось успешно. Для достижения раствором марочной твердости обычно необходимо 4 недели, однако на протекание затвердевания могут влиять различные факторы, которые следует учитывать.

Первый этап приобретения цементом марочной твердости – процесс схватывания, который происходит за несколько суток с момента подготовки смеси. Скорость схватывания напрямую зависит от температуры воздуха:

  1. 1. Летом при достижении воздухом температуры 20 градусов по Цельсию процесс схватывания начнется уже через 120 минут после заливки смеси и полностью завершится еще через 60 минут. Итого на весь процесс уйдет примерно 3 часа.
  2. 2. При охлаждении воздуха схватывание начнется намного позже. При 0 градусов оно начинается через шесть и более часов, а на всю первую стадию твердения уйдет до суток.

Чем теплее воздух, тем быстрее схватывается смесь. Жарким летом для схватывания бывает достаточно 10-15 минут.

В жаркую погоду бетон может схватиться за 10-15 минут

Схватывание бетонного раствора приводит к началу его затвердевания, потому очень важно придать смеси нужную форму максимально быстро. При высоких температурах требуется увеличение времени схватывания, чему способствует механизм тиксотропии. Так называют способность раствора уменьшать вязкость из-за встряхивания. Из-за этого смесь в бетономешалке на протяжении длительного времени сохраняет свои качества и не твердеет.

После схватывания запускается процесс твердения. На набор максимально возможной жесткости уходит до нескольких лет, однако свои характеристики цемент приобретает уже спустя 4 недели. Процесс затвердения раствора очень неравномерен. Наиболее интенсивно он идет в течение первой недели-двух с момента заливки, за это время он приобретает до 70 процентов от своего максимального значения, после чего твердение замедляется, однако не прекращается.

Набор прочности бетона – продолжительная процедура, на которую могут оказывать влияние различные факторы. К наиболее значимым из них относят:

  • внешнюю температуру;
  • влажность воздуха;
  • марку.

Теплота воздуха – самый важный фактор, влияющий на скорость приобретения бетоном его характеристик. При прохладном воздухе процесс затвердевания происходит намного медленнее, чем жарким летом. При морозе процесс набора жесткости полностью останавливается, так как входящая в состав смеси вода замерзает, а она необходима для гидратации цемента. При повышении температуры выше нуля процесс затвердевания продолжится, но способен вновь остановиться из-за мороза.

Зимой процесс затвердевания происходит намного медленнее

Для работы в зимнее время обычно используют смеси, в состав которых входят специальные вещества, обеспечивающие ускорение процедуры затвердевания и снижающие температуру, при которой процедура гидратации останавливается. На современном рынке представлены качественные составы, твердеющие максимально быстро и способные достичь крепости за 14 дней.

Горячий воздух среды позитивно сказываются на скорости затвердевания бетона. При +40 градусах по Цельсию раствор приобретает твердость в течение первой недели. Именно по этой причине все работы с растворами принято проводить в летний период.

Зимой для ускорения процесса твердения и предотвращения замерзания воды могут использовать специальное оборудование и средства для подогрева залитой конструкции. Однако это, во-первых, требует профессиональных знаний, во-вторых, приводит к существенному удорожанию всех запланированных строительных работ. Нагрев до температуры более 90 градусов недопустим, так как из-за этого может пострадать сама структура возводимых частей.

Ниже представлен график, отражающий время набора марочной прочности бетона в зависимости от температуры. Кривые построены из расчета характеристик материала марки М400 и они позволяют определить процент прочности, набираемой за определенное количество суток в соответствии с различными температурными условиями. Первая линия – это +50 градусов по Цельсию, последняя – +5 градусов.

К примеру, график дает возможность определить, что при +50 градусах смесь за первые 2 суток наберет около 75% от марочной прочности. При +5 градусах эти же характеристики бетон приобретет только спустя 20 дней.

Существует специальное оборудование для ускорения затвердевания бетона

С помощью информации из графика можно также узнать сроки распалубки заливаемой конструкции. Распалубка может осуществляться после того, как смесь наберет более 50% от величины жесткости. Учитывая, что при температуре ниже +10 градусов для набора полной прочности бетону не хватит даже 4 недель, в таких условиях стоит задуматься о возможности подогрева заливаемых конструкций.

Определить оптимальное время заливки цементного раствора поможет приведенная ниже таблица. Она, в зависимости от марки материала и условий, показывает необходимое количество суток для гидратации.

В таблице красным цветом выделена нормативно-безопасная жесткость раствора, приобретаемая в течение указанного времени при определенных условиях. Зеленым – безопасная твердость смеси, приобретаемая в течение указанного времени при определенных условиях. Синим – твердость смеси, приобретаемая в течение указанного времени при определенных условиях.

Марка используемого цемента напрямую влияет на скорость затвердевания. Более того, марка определяет также критическую прочность раствора, которую он должен успеть приобрести на начальном этапе схватывания. Ниже приведено соотношение, описывающее критическую прочность (в проценте от марочной) для разных цементов:

  1. 1. М15-М150 – 50%.
  2. 2. М200-М300 – 40%.
  3. 3. М400-М500 – 30%.

Если планируется осуществлять заливку предварительно напряженных конструкций, критическая твердость будет составлять более 70% от марочной.

Что касается влажности окружающей среды, то пониженный уровень данного параметра может отрицательно влиять на процесс гидратации. Если влага будет полностью отсутствовать, то процедура гидратации цемента полностью остановится. Если же влажность будет высокой то скорость твердения будет увеличиваться. Оптимальные условия для быстрого затвердевания – высокая влажность и высокая температура.

Особенно критичной малая влажность станет для заливки при высоких температурах. Жара приведет к быстрому высыханию воды, что отрицательно скажется не только на времени гидратации, но и на характеристиках заливаемых конструкций. Из-за этого в теплое время года может требоваться периодическое увлажнение залитого цемента.

Так как на гидратацию цемента влияет множество факторов, заливку смеси необходимо осуществлять только после определения оптимальных условий и с их соблюдением. Если не учитывать влияющие на процедуру условия, все строительство способно завершиться совсем не так, как изначально планировалось и потраченные собственником деньги просто уйдут в трубу.

obustroen.ru

время схватывания и набора прочности


Этапы твердения раствора

Уже довольно давно при строительстве любых объектов стали применять этот материал. Причем его применяют на любых стадиях этого процесса начиная с фундамента и заканчивая плитами перекрытия. Удобен этот материал тем, что способен в жидком состоянии принимать форму опалубки и, по мере его застывания, получается требуемая конструкция.

При этом необходимо знать промежуток времени, за сколько бетон набирает прочность. Обычно полная готовность бетона достигается через 28 суток. Обязательно все работы проводят согласно требованиям строительных норм и правил (СНиП). В этом документе полностью описано как работать с этим материалом в любое время года, чтобы объекты прослужили затем в течение 50—100 лет.

Причем при современном строительстве постоянно появляются новые технологии и конструктивные решения, позволяющие продлить этот срок. Но до сих пор процессу набора прочности уделяют большое внимание и следят за проведением каждого этапа, в которые входят:

  1. Застывание — начинается с первых минут, после залития бетонной смеси, которое производят с помощью автобетоносмесителя. В начальный период прямую зависимость имеет время набора прочности бетона от температуры. Чем температура выше, тем быстрее схватывается раствор. Например, при 20° C этот процесс протекает в течение часа, летом на открытом солнце — от 15 до 30 минут, а при 0° C — до 20 часов.
  2. Твердение — важный этап, при котором материал набирает до 70% расчетного значения прочности. Длительность этого процесса зависит от марки материала и протекает от 7 до 14 дней.

Во время заливки раствора одновременно берутся и контрольные пробы, которые затем проверяют специалисты и сравнивают с нормативами, через определенное время, по таблице твердения бетона.

Факторы, влияющие на прочность

Практически все работы с раствором проводятся на открытом воздухе как летом, так и зимой. Погодные условия и температура воздуха оказывает непосредственное влияние на время застывания бетона. Таким образом, на набор прочности влияют следующие факторы:

  • температура;
  • влажность;
  • класс материала;
  • время.

Чем ниже температура на улице, тем медленнее и дольше будет происходить процесс затвердения. Зимой, в естественных условиях, эта процедура полностью останавливается, так как вода не испаряется, а замерзает. При повышении температуры застывание раствора опять продолжится. Чтобы это лучше понять, стоит обратиться к графику твердения бетона В25 или В30.

График представляет собой кривые линии, показывающие, как долго и при какой температуре достигается определенная прочность бетона. Если летом твердение бетона протекает естественным образом, то зимой необходимо принимать меры для его застывания. Для этого в бетонную смесь добавляют специальные противоморозные вещества, которые способствуют сохранению свойств приготовленного раствора.

При этом они не дают воде быстро замерзать и позволяют качественно провести заливку бетонной смеси. При более низких температурах сразу после заливки раствора обеспечивают его прогрев. Обычно для этого используют электрический ток или тепловые обогреватели. В первом случае с помощью проводов по контурам производят подключение непосредственно арматуры в опалубке или через электроды, погруженные в раствор.

Причем контуры не должны касаться друг друга, иначе будет короткое замыкание. Все подключение ведется через специальный масляный трансформатор для прогрева бетона. Во втором случае место бетонирования накрывают шатром и подключают несколько воздушных обогревателей. Большую роль играет повышенная влажность воздуха. Если ее показатели достигают 70—90%, то прочность раствора значительно увеличивается.

Время набора прочности бетона в зависимости от температуры — раскладываем по пунктам

Когда необходимо изготовить определенную конструкцию, то порой бывает невозможно этого сделать без заливки бетона. Этот материал очень активно используется в области строительства. Главной его характеристикой является прочность на сжатие. Причем устанавливать определенную нагрузку на конкретный элемент запрещено, пока бетон полностью не наберет необходимую прочность. При осуществлении данного процесса имеется ряд факторов, которые так или иначе оказывают свое влияние: состав смеси, внешние условия.

Как это происходит

Процесс схватывания может происходить сразу после того, как была выполнена заливка бетона. Длительность напрямую зависит от температурного режима окружающего воздуха. При ее значении 20 градусов, для схватывания может понадобиться примерно час. Так как этот процесс не носит мгновенный характер, то бетоны, чтобы набрать прочностные характеристики может понадобиться пару месяцев.

Каков состав бетона м 400 на 1 м-3 можно узнать из таблицы в статье.

Очень часто бетон начинает твердеть уже по прошествии двух часов с того момента, как были соединены цемент и вода. А вот для окончательного схватывания нужно подождать 3 часа. Увеличить время твердения помогают специальные добавки в бетон.

Схватывание бетона подразумевает под собой подвижность раствора на весь период, благодаря чему удается воздействовать на смесь. При этом механизм тиксотропии, который указывает на снижение вязкости бетона, твердение и высыхание не происходят. Это условие необходимо учитывать в ходе доставки раствора на бетоносмесители. В этом случае раствор должен перемешиваться в миксере, в результате чего удается сохранить все его важные качества.

Как использовать бетон марки м200, указано в статье.

На видео показывают проверку бетона на прочность сжатия.

Какова пропорция бетона м200 на 1 куб указано здесь.

Благодаря вращению миксера удается предотвратить высыхание бетона, а также набора твердости. Но в этом случае может произойти другая неприятная ситуации – это сваривание материала, в результате чего все его положительные характеристики снижаются. Происходит такое явление чаще всего в летнее время.

Временные рамки

Этот график несет в себе информацию, которая показывает кривую роста прочности на протяжении 28 дней. Именно этого времени будет достаточно, чтобы бетон сумел просохнуть при естественных условиях.

Время, которого будет достаточно, чтобы раствор набрал вес необходимые эксплуатационные качества, носит название период выдерживания бетона. График набора прочностных характеристики показывает время, которые необходимо раствору, чтобы добиться максимальной отметки по прочности.

Каковы технические характеристики по ГОСТу бетона м 200 можно узнать из данной статье.

На видео – набор прочности бетона в зависимости от температуры:

Какова прочность бетона в15 указано здесь.

При нормальных условиях созревание бетона осуществляется в течение 28 дней. Первые 5 дней – это интенсивное твердение материала. Когда позади неделя, то бетон уже набрал 70% всей прочности для выбранной марки. Но приступать к дальнейшим строительным мероприятиям можно после того, как прочность достигал 100%, а это не ранее 28 дней.

Этот период для определенного случая свой. Чтобы точно определить период застывания раствора необходимо выполнять контрольные испытания образцов материала. При проведении работ летом в монолитном домостроении в целях оптимизации процесса для обретения раствору всех физических свойств требуется выполнение следующих условий:

  • Выдерживание в опалубке раствора.
  • Дозревание состава после того, как опалубка была удалена.

Условия

Когда необходимо, чтобы раствор приобретал необходимые показатели прочности, требуется придерживаться конкретных условий. Например, самой оптимальной температурой для его твердения считается 20 градусов. Но это далеко не все параметры.

Какова характеристика бетона класса в 25 указано в статье.

Температура

Чем ниже температурные показатели на улице, тем медленнее происходит набор прочности бетона. Если температурный режим предполагает отрицательные показатели, то процесс приостанавливается по той причине, что застывает жидкость, которая обеспечивает гидратацию цемента. Когда температура воздуха начинает повышаться, то процесс набора прочности снова в действии.

Если в составе раствора имеются различные модификаторы, то длительность твердения может во много раз уменьшиться, а температура, которая необходима для установки процесса, снизиться. Изготовители предлагают разнообразные быстротвердеющие составы, благодаря которым удается набирать прочностные характеристики уже по прошествии 14 дней.

Какова таблица набора прочности бетона, можно узнать из данной статьи.

При повышении температуры воздуха процесс созревания раствора начинает ускоряться. Если на улице 40 градусов, то установленная маркой прочность будет достигнута через 7 дней. По этой причине процесс заливки бетона на приусадебном участке в целях сокращения сроков строительства необходимо выполнять в летнее время года.

Если работы осуществляются зимой, то здесь понадобиться ряд дополнительных мероприятий, например, таких как подогрев бетона. Осуществить такие действия очень непросто, ведь для этого нужно обладать подходящим оборудованием и знаниями в этой области. Кроме этого, нужно понимать, что нагрев материала нельзя проводить выше температуры 90 градусов.

Как сделать бетон для отмостки пропорции, указано в статье.

Для того чтобы определить, какое влияние оказывает температурный режим на процесс твердение, необходимо снова обратиться к графику набора прочности. Присутствующие на нем линии с учетом данных, которые собраны с бетона М400 при различных значениях температуры. Согласно этому графику удается понять процент прочности, который будет достигнут по прошествии конкретного количества дней. Для каждой кривой характерна своя температура. Первая линия – это 5 градусов, а вторая – 50 градусов.

При помощи графика удается понять длительность распалубки монолитной конструкции. Демонтаж опалубки ожжет происходить после того, как показатели прочности увеличились на 50% от заданного маркой значения. Кроме этого, важно обращать внимание на то, что при температуре ниже 10 градусов значение прочности, заданное конкретной маркой, не будет достигнуто даже по прошествии 14 дней. Если присутствуют такие погодные условия, то нужно предпринимать меры по прогреванию заливаемого раствора.

Каков график прогрева бетона в зимнее время, можно узнать из данной статьи.

Время

Чтобы определить нормативно-безопасное время начало строительных мероприятий применяется специальная таблица. Она содержит в себе данные марки бетона и его среднесуточные температурные показатели. На основании этих данных удается отыскать информацию, как происходит набор прочности по прошествии конкретного количества суток.

Таблица 1 – Набор прочности в зависимости от количества дней

Марка бетонаСреднесуточная температура бетона в °CСрок твердения в сутках
123571428
Прочность бетона на сжатие
М200–300, замешанный на портландцементе М 400–500-336812152025
05121828355065
+59192738486277
+1012253750587285
+20234050657590100
+303555658090100

После того, как нормативно-безопасный срок поставлен на уровне примерно 50%, то обозначить безопасный срок начала мероприятий можно 72-80% от значения, установленного маркой бетона.

Состав и характеристики бетона

Так как после заливки бетон способен приобретать прочность по причине своего выделения тепловой энергии, то после замерзания жидкости этот процесс останавливается. По этой причине на момент проведения всех работ в зимнее время необходимо задействовать смеси, в составе у которых имеются противоморозные добавки.


На фото – состав и характеристики бетона

Глиноземистый цемент после его укладки может выделить тепловую энергию в 7 раз большую, чем при использовании обычного портландцемента. По этой причине полученная смесь на его основе начинает набирать прочностные параметры даже, когда на улице отрицательные показатели температуры. На скорость набора прочности немаловажную роль играет марка бетона. Чем она ниже, тем выше максимальная прочность.

Сколько мешков цемента в одном кубе бетона, указано здесь в статье.

Влажность

Если на улице уровень влажность повышен, то это отрицательно влияет на процесс набора прочности. Однако и полное отсутствие влаги делает невозможным процесс гидратации цемента и как результат, твердение полностью останавливается.

Если присутствует максимальная влажность и высокая температура, то скорость набора прочности во много раз повышается. При таком режиме происходит пропаривание материала в автоклавах паром высокого давления.

Влияние таких высоких температурных показателей при минимальной влажности приведет к высыханию. Раствора и снижению скорости твердения. Чтобы можно было избежать такой ситуации, стоит производить увлажнение. В результате таких действий в жаркое время года удастся набрать прочность в минимально возможные сроки.

Специальные добавки

Чтобы бетон смог быстрее набирать прочность, нужно задействовать особые вспомогательные компоненты. Их добавляют при приготовлении раствора. Дозировка зависит от количества цемента. Благодаря таким добавкам бетон способен набрать прочность, соответствующую выбранной марки, всего за 2 недели.

Но достичь таких показателей реально при условии, что процесс твердения осуществляется в летнее время. Для холодной поры необходимо задействовать противоморозные добавки. Благодаря им можно поддерживать в бетоне положительный температурный режим на момент набора прочности.

Электропрогрев

Для ускорения набора прочности бетона в зимнее время задействуют такой метод, как электропрогрев. Еще он носит название контактного обогрева термоопалубкой. При обычных и высоких температурных режимах длительность влияние электропрогрева может достигать 3-8 часов. После этого конструкция уже самостоятельно способна набирать прочностные показатели.

Согласно ГОСТ

Необходимая марка и класс бетона определяется с учетом составленного проекта. Необходимые показатели прочности могут меняться в зависимости от применяемых строительных материалов. Например, при возведении дома на основе легких бетона для основания нет необходимости применять бетон высокой прочности. Когда стены строения будут выполнены из кирпича, то бетон должен иметь высокие прочностные характеристики. Например, для этого используют тяжелый и мелкозернистый бетон по стандарту 26633 ГОСТ.

Для определения прочности применяется ГОСТ 18105-86. В этом случае необходимо подготовить проект или же посмотреть информацию со схожего.

Прочность – это главный показатель качества для бетона ГОСТа любого уровня. Процесс его затвердения начинает происходить уже в первые часы после того, как соединили воду и цемент, а вот его длительность зависит от различных факторов: температуру, влажность, состав бетона. Если вес необходимые условия были соблюдены точно, то процесс набора прочности будет окончен по прошествии 28 дней, а вы сможете приступить к необходимым работам.

Методы ускорения застывания бетона

Очень часто в процессе строительства необходимо ускорить процесс набора прочности бетона. Так, при заливке монолитных конструкций и ограничении сроков строительных работ применяют смеси на основе сернокислых, углекислых и аммонийных солей, хлоридов и нитратов кальция.

Применение этих добавок позволяет сократить длительность застывания бетона в 2 раза. Стоит заметить, что такие работы проводят в летний период и антиморозные добавки здесь не подойдут. В сильно жаркую и сухую погоду проводят увлажнение залитого раствора, так как очень быстро испаряется вода и происходит нарушение графика набора прочности материала.

Для этого верхнюю часть раствора накрывают материалом или посыпают опилками и периодически смачивают их по мере испарения воды. На асфальтобетонных заводах для ускорения застывания раствора применяют способ пропаривания. Процедуру эту проводят на открытом воздухе или в специальных закрытых камерах, где за 6—16 часов изделия из бетона набирают 60—70% прочности.

Набор прочности по графику

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

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

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

сколько сохнет, застывает и схватывается в зависимости от температуры

Бетон широко распространен в строительстве благодаря своим эксплуатационным характеристикам: он твердый, износоустойчивый и долговечный. Чтобы получить эти качества, конструкции должны быть отлиты по специальной технологии. При нарушении правил укладки раствора элемент не приобретет ожидаемые характеристики. Как правильно использовать бетон, сколько сохнет этот материал и от чего зависит данный параметр?

Состав материала

Любой бетонный раствор состоит из смеси песка, цемента и воды. В зависимости от типа раствора, к основным компонентам добавляют различные наполнители:

  • Щебень, гравий.
  • Керамзит.
  • Шлак.
  • Полистирол.
  • Древесную щепку или опилки.

Время застывания массы зависит от типа вяжущего, из которого изготавливают бетон. Сколько сохнет смесь, определяют лабораторными испытаниями, затем полученный в результате испытания срок применяют на практике при строительстве объектов.

Разновидности вяжущих веществ

Сколько времени сохнет бетон, зависит от характеристик основного компонента. Существует несколько типов вяжущих веществ, составляющих основу раствора:

  1. Цементные смеси. Из них готовят растворы для изготовления несущих и ответственных конструкций. Время застывания смеси до рабочего состояния — от 7 до 14 суток.
  2. Гипс. Бетон на основе этого вяжущего используют для возведения менее ответственных частей здания, например, межкомнатных перегородок и самонесущих стен. В состав раствора входит смесь пуццоланового цемента и порошкового гипса. Конструкция приобретает рабочее состояние через 2 дня.
  3. Силикаты заметно снижают стоимость бетона, при этом прочностные характеристики остаются на высоком уровне. Срок достижения рабочего состояния материала зависит от пропорций массы и способа затвердевания. В автоклаве реакции происходят до 2 дней.
  4. Полимерцементное вяжущее применяют для замеса декоративных растворов с включением крошки мрамора, гранита, натуральных и искусственных пигментов. Твердеет раствор уже через час, подвергать поверхность нагрузке можно через 3-4 дня.

Определяющие факторы

Кроме установленного среднего времени застывания бетонной смеси, на продолжительность твердения влияют:

  1. Влажность воздуха. Процесс твердения представляет собой химическую реакцию между вяжущим составом и водой. Соответственно, как только в теле конструкции закончится жидкость, это действие прекратится. Чтобы избежать обезвоживания и растрескивания бетонного объёма, необходимо создать условие достаточной влажности не менее 75%.
  2. Температура окружающей среды. Поскольку в реакции участвует вода, необходимо предотвратить её застывание в холодное время года. В процессе твердения из конструкции выделяется тепло, при повышенной температуре взаимодействие составляющих происходит заметно быстрее.
  3. Тип вяжущего и количество воды в растворе также определяют, сколько должен сохнуть бетон. Гипсовый порошок при достаточном количестве жидкости приобретает твердую структуру уже через пару часов, портландцементу требуется около 12-16 в зависимости от перечисленных условий.
  4. Толщина конструкции оказывает влияние на общее затвердевание раствора.

Эти факторы необходимо учитывать, проектируя строительные работы, в которых применяется бетон. Сколько сохнет конструкция, зависит от окружающей среды и правильного ухода за уложенным объёмом.

Средние сроки

Наиболее часто для строительства ответственных конструкций применяют классический цементный бетон. Сколько сохнет конструкция из него, определили исследованиями в условиях строительной площадки и лаборатории:

  • За 3 суток раствор приобретает около 30% прочности, заложенной в марке, при условии высокой влажности и температуры воздуха не ниже 150С.
  • От 7 до 14 дней бетон приобретает достаточную для передвижения человека твердость до 80% от заложенных характеристик.
  • 28 дней – фиксированный срок полного набора заложенной прочности. В этот период объект можно эксплуатировать полным ходом.
  • Бетон отличает от других материалов способность наращивать свои характеристики во время периода эксплуатации. Отмечено, что уже через 90 дней камень превосходит заложенные параметры на 20%.

Влияние опалубки: есть или нет

При возведении любых объектов часто используют метод монолитного строительства. Возникает вопрос: сколько сохнет бетон в опалубке, влияет ли она на время твердения конструкции?

Процесс застывания — это не что иное, как химическая реакция. Оказать влияние на её скорость могут только внешние условия: температура и влажность окружающей среды и некоторые катализаторы – добавки, которые вводят в смесь на производстве для получения и усиления определенных качеств материала.

Для опалубки используют деревянные доски, металлические листы и строительную фанеру. Эти материалы предназначены для фиксации формы будущей конструкции. Они способны частично сохранять тепло в застывающем объёме, но не в том количестве, чтобы произошло значительное ускорение процессов.

При должном уходе бетон в опалубке застывает в сроки, определяемые температурным режимом:

Температурный режим, 0С

Срок схватывания, дней

0…5

14

5…10

10

10…15

7

15…20

5

20…25

4

25…30 и выше

2-3

По истечении указанных сроков опалубку снимают, конструкция продолжает твердеть самостоятельно, в это время продолжают монтажные работы по возведению объекта.

Зависимость времени от объёма

Монолитные бетонные конструкции имеют разные габариты. Фундаменты под здания и сооружения выполняют в нескольких конфигурациях: ленточные, свайные, плитные. Их тела составляют разные объёмы.

Чтобы узнать, сколько сохнет фундамент из бетона, следует ориентироваться на толщину конструкции. Поскольку твердение и застывание – это химическая реакция, то она должна идти равномерно по всему объёму. При окаменении происходит выделение тепла. Соответственно, внутренняя часть элемента медленнее приходит в конечное состояние. Кроме того, в верхних слоях быстрее происходит испарение лишней жидкости, и материал приобретает достаточную структуру для продолжения монтажных работ.

Особо толстые конструкции, такие как плитные фундаменты под крупные сооружения, бассейны, торговые центры, могут выдерживать от трех месяцев, пока в проектное состояние приходит весь объём залитого основания.

Как увеличить скорость твердения

Сколько сохнет бетон на улице в нормальных условиях, мы определили. Теперь рассмотрим, какими методами этот процесс можно ускорить:

  1. Поддержание постоянного уровня влажности должно производиться сразу после укладки бетонной смеси в опалубку. Для этого заполненные формы укрывают водонепроницаемым материалом (пленкой или брезентом) и постоянно поливают водой.
  2. Создание рабочих температурных условий актуально для зимнего строительства. Как известно, при морозе вода кристаллизуется и расширяется, что недопустимо в твердеющей конструкции. Чтобы это предотвратить, в зимний период конструкцию в опалубке искусственно подогревают для ускорения химических процессов. Кроме того, на производстве в смесь добавляют специальные катализаторы, способствующие равномерному и скорому схватыванию компонентов.
  3. Правильный расчет соотношения воды и цемента обеспечивает своевременное застывание смеси без потребности дополнительного изгнания лишней воды.

особенности проведения работ в экстремальных внешних условиях

Для того чтобы отлитый бетонный монолит приобрел прочность, соответствующую его марке, необходимо точно соблюдать технологию заливки, в том числе процедуру гидратации бетона.

Наилучшими условиями для этого процесса является среда со средней влажностью воздуха и температурой + 20 оС.

Но что делать, если необходимо проводить строительные работы в холодный сезон? Что гласит строительная инструкция по бетонированию о работе при слишком жаркой погоде? Рассмотрим эти вопросы более подробно.

Заливка бетона зимой требует соблюдения особых температурных условий

Оптимальные условия для бетонирования

Согласно ГОСТ на температуру бетонной смеси, этот показатель должен составлять + 30 оС. Но такого удается достичь лишь только в том случае, когда столбик термометра находится около отметки в + 20 оС.

Совершенно другая ситуация возникает поздней осенью и зимой, когда ртуть в термометре опускается до показателей от + 5 оС до — 3 оС.

В этом случае температура бетонной смеси на выходе из бетоносмесителя может составлять:

  • при объеме цемента в бетонной смеси более 240 кг/куб. метр (марка бетона М200 и выше) – не менее + 5 оС;
  • во всех остальных случаях – не менее + 10 оС.

Температура подаваемой после транспортировки смеси должна соответствовать СНИП

В наиболее экстремальных условиях, когда воздух охлаждается до отметки -3 оС допускается проведение работ только в том случае, когда свежеприготовленный бетонный раствор вызревал не менее 3 суток при внутренней температуре не менее + 10 оС. Иначе отлитая бетонная конструкция не будет соответствовать требованиям СНИП по прочности.

Совет!
Если вы проводите строительство частного дома или иного сооружения своими руками, воздержитесь от бетонирования при температуре ниже -3 оС.
Этот процесс требует применения специального оборудования и четкого соблюдения технологии, чего тяжело достичь в домашних условиях.

Бетонные работы в экстремальных условиях

Низкие температуры

Особенность работы в таких условиях состоит в том, что бетон при низких температурах схватывается медленнее. Для набора прочности, указанной в нормативной документации, монолиту необходимо больше времени.

Например:

  1. При показаниях термометра в течение суток около + 5 оС готовая конструкция застывает в два раза больше, чем в обычных условиях.
  2. Когда воздух на стройплощадке остывает до 0 оС, процесс затвердевания и набора прочности практически прекращается.
  3. Если только что уложенная бетонная смесь замерзает (что происходит при несоблюдении технологии ее изготовления или перевозки), монолит может полностью разрушиться.

Разрушение бетона вследствие замерзания в нем воды

Содержащаяся в растворе вода при отрицательных температурах кристаллизуется, вследствие чего в бетоне образуются пустоты и поры, снижающие прочность бетонного изделия. Кроме того, лед оказывает повышенное давление на стенки бетонной конструкции.

В готовом монолите могут образоваться трещины и расколы. Кроме того, замерзшая вода разрывает связи между цементом и заполнителем бетона (щебнем, гравием и так далее).

Созревание бетона при низких температурах должно завершиться до момента замерзания.

В противном случае появляется сразу два негативных момента:

  • готовая конструкция не сможет набрать прочность, предусмотренную маркой бетонной смеси;
  • после оттаивания затвердевание будет происходить неправильно, существует возможность разрушения.

Для того чтобы продолжать работы в холодное время года, необходимо пользоваться специальными марками бетона и соответствующими добавками. Они не только улучшат качество монолита, но и позволяет сократить время застывания.

Рассмотрим таблицу, составленную согласно СНИП 3.03.01-87, которая показывает время затвердевания различных марок бетона в зависимости от температуры окружающего воздуха.

Марка Прочность Кол-во дней при температуре +5 оС Кол-во дней при температуре +10 оС Бетон с добавками 20 4 3 М400 30 6 4 M150 –М350 40 9 6 М100 50 14 10 Бетон в водонасыщенном состоянии 70 25 20

Повысить качество бетона в холодный сезон можно следующими способами:

  • при производстве бетона использовать цемент, способствующий быстрому набору прочности готовым монолитом;
  • повышать процентное содержание цемента в готовой строительной смеси;
  • снижать количество воды, добавляемой в раствор;
  • производить предварительный подогрев сырья (до +35 оС) и воды (до +70 оС) – это требование регламентировано СНиП 3.
    03.01-87;
  • использовать противоморозные добавки для бетона (их цена невелика, потому не слишком увеличивает сметную стоимость строительства).

Фото затвердевающего бетона в фундаменте после заливки

Высокие температуры

После окончания укладки бетона на строительной площадке, вследствие воздействия воды на цементный порошок, начинается затвердевание раствора. Жаркая погода ускоряет этот процесс. Однако если этот показатель поднимается выше отметки в +25оС (температура высыхания бетона), происходит расширение строительной смеси, которое фиксируется после окончания процесса затвердевания.

Позже, после остывания, бетонный монолит начинает сжиматься, чему препятствует возникшая твердая структура. Как результат – появление усадочных трещин и деформация. Этот процесс может продолжаться вплоть до 12-16 часов, что крайне отрицательно сказывается на прочности.

Полиэтилен препятствует преждевременному испарению влаги из бетона

Если прогноз погоды в месте проведения строительных работ указывает на повышение температуры воздуха выше +25 оС в течение нескольких последующих дней, необходимо немного изменить состав бетонирующей смеси.

Для этого необходимо:

  • использовать быстротвердеющий цемент, марка которого в 1,5-2 раза превышает рекомендованную;
  • добавлять в готовый раствор пластифицирующие добавки или вещества, замедляющие процесс твердения;
  • работать в утреннее, вечернее и ночное время, когда температура воздуха не поднимается выше + 20 оС.

Совет!
При проведении работ в жаркое время, целесообразно защищать свежий бетон от воздействия ветра и прямых солнечных лучей.
Кроме того, рекомендуется увлажнять поверхность, способствуя правильной гидратации.

Поведение бетона при воздействии открытого огня

Рассматриваемый строительный материал является чрезвычайно огнеупорным, что стало одним из многих факторов, способствующих его популярности. Температура плавления бетона, например, составляет около + 1200 оС (в зависимости от марки и заполнителя).

Кроме того, внешний вид бетонных конструкций при пожаре помогает определить температуру пламени и выбрать подходящий способ тушения пожара:

  1. Температура около + 300 оС – искусственный камень приобретает розоватый оттенок, происходит оседание на поверхность значительного слоя сажи и продуктов горения.
  2. Температура от +400 оС до + 600 оС – бетон приобретает красный оттенок, сажа выгорает с поверхности монолита.
  3. Более высокая температура – конструкция становится бледно-серой.

Разрушение бетона при горении носит, как правило, спокойный характер. Коэффициент расширения входящих в него наполнителей находится в широком диапазоне, вследствие чего сцепление щебня или гравия с цементным порошком разрушается постепенно, начиная с отметки в +300 оС.

Бетон – очень огнестойкий материал

Если нагрев продолжается, в структуре монолита возникают трещины, которые постепенно расширяются вплоть до потери конструкцией целостности.

Вывод

В качестве итога следует отметить, что застывание бетонной строительной смеси при отрицательной либо слишком высокой температуре воздуха должно проходить под строгим контролем. Необходимо постоянно снимать температурные показатели поверхности монолита и корректировать их с помощью описанных выше способов.

Более подробно о процессах, связанных с заливкой и затвердеванием бетона можно узнать, ознакомившись с видео в этой статье.

Минимальная температура для заливки бетона — Строительные материалы

Отрицательные значения температур вызывают трудности в процессе выполнения работ, и нужно тщательно взвесить все плюсы и минусы такого подхода.

Типичный бетон замерзает при температуре ниже -4 град. С и не набирает положенной твердости. Конечная прочность снизится вдвое, срок службы уменьшится.

По нормам бетон должен защищаться от мороза по крайней мере первые двое суток после заливки, при этом требуется поддерживать температуру 10 град. С.

Заливка бетона при отрицательных температурах может быть спровоцирована следующими причинами:

  • проведение работ в случае осыпающегося грунта;
  • зимнее снижение цен на цемент, хранить невыгодно, это снимает прочность, а немедленное использование может оказаться неплохим решением;
  • падение зимой цен на проведение работ специализированными организациями;
  • в случае личного строительства зимой отпуск получить легче.
При всем прочем зимой сложно и дорого копать траншеи, необходимо предусмотреть место для обогрева людей, и есть возможность натолкнуться на бетон без присадок.

Процесс отверждения бетона в мороз протекает особым образом. Скорость протекания процесса зависит от температуры воды в составе раствора, чем она выше, тем бетон быстрее твердеет.

Холодная вода имеет больше шансов перейти в твердое агрегатное состояние, и процесс застывания бетона будет нарушен.

Падение температуры на каждые 10 град. снижает скорость отверждения в 2 раза. Это следует учитывать в процессе проведения работ.

Поскольку арматура хорошо проводит тепло, она окружается в случае излишнего охлаждения кристаллами льда в первую очередь. Как результат, плохое сцепление арматуры с бетоном.

Именно поэтому некоторые строительные организации ведут обогрев арматуры, пропуская через нее электрический ток. Минимальная температура для заливки бетона должна составлять 7-15 град. С, независимо от температуры среды. Заливку бетона необходимо осуществлять по возможности быстро с предварительным подогревом основания.

Рекомендуется произвести внешнее утепление бетона временным слоем из опилок или других изолирующих тепло материалов. В процессе гидратации цемент выделяет тепло, поэтому даже обыкновенное укрытие теплоизолятором (термос) благотворно скажется на поддержании необходимой температуры.

При этом следует избегать разницы между температурами бетона и окружающей среды, превышающей 20 град. С. Для контроля используется периодические измерение температуры бетона.

Порядок подбора температуры раствора следующий. В емкости для получения раствора его температура не должна быть ниже 15 град. С, а для способа «термос», не ниже 25 град. С.

В зависимости от величины заливаемой секции при подогреве температуру раствора можно выбирать от 13 до 7 град. С, чем меньше секция, тем выше должна быть температура бетона.

Даже при применении специальных присадок температура бетона не должны опускаться ниже 5 град. С.

После заливки эта разница с окружающей средой не должна превышать 20 град., но может быть меньше, что определяет минимальную температуру окружающей среды для ведения работ в -15 град. С.

При этом температура залитого бетона не должна опускаться ниже -4 град. С, допускается дополнительно подогревать бетон.

При всем прочем пониженная температура раствора ведет к увеличению сроков застывания. Резюмируя, можно сказать, что твердение бетона при отрицательных температурах должно сопровождаться тщательным контролем процесса по температурным режимам.

Advanced Testing and Design Methodology

Растрескивание в раннем возрасте (EAC) — хорошо известная проблемная область, когда дело касается бетонных конструкций. Движущими силами EAC являются тепловое расширение и аутогенная деформация, но EAC также сильно зависит от материала и геометрических свойств, таких как выделение тепла при гидратации, предел прочности, модуль упругости, ползучесть, размеры поперечного сечения и степень ограничения. Текущий документ содержит описание методологии проектирования EAC, которая в настоящее время внедряется в Норвегии.В основе методологии лежит определение и описание свойств материала конкретного бетона посредством лабораторных испытаний и последующей подгонки модели. Полученные параметры материала затем оцениваются и калибруются путем сравнения (1) развития напряжения, измеренного на машине для испытания температуры и напряжения, с (2) развитием напряжения, рассчитанным с использованием полученных свойств материала и различных подходов к мультифизическому расчету EAC. Особое внимание уделяется влиянию реалистичных температурных режимов отверждения на различные свойства материала и, следовательно, на EAC.

1. Введение

Растрескивание в раннем возрасте (EAC) может оказаться проблемой, когда дело касается бетонных конструкций. Когда дело доходит до EAC, наибольшую озабоченность вызывает «сквозное растрескивание», которое может пройти через всю толщину бетонного элемента и в дальнейшем привести к функциональным, долговечным и эстетическим проблемам. EAC вызывается ограниченными изменениями объема, происходящими в фазе упрочнения, где движущими силами являются тепловое расширение (TD) и аутогенная деформация (AD). EAC также сильно зависит от материала и геометрических свойств, таких как выделение тепла при гидратации, коэффициент теплового расширения (CTE), предел прочности при растяжении, модуль упругости, ползучесть, размеры поперечного сечения и степень ограничения.Оценка трещин в раннем возрасте представляет собой сочетание структурного анализа и материаловедения; объемные изменения бетона и связанный с ними риск растрескивания можно спрогнозировать с помощью методов расчета для оценки структурного поведения бетона в раннем возрасте, когда вышеописанный материал и геометрические свойства являются важными входными параметрами. На основе таких расчетов EAC и в сочетании с хорошим знанием свойств материалов соответствующих бетонов, можно принять правильный выбор типа бетона, минеральных добавок и методов выполнения на месте, чтобы минимизировать или даже избежать растрескивания.

В литературе можно найти различные подходы к расчету EAC. Примерами руководящих принципов и действующих нормативов, касающихся растрескивания и проектирования в предельном состоянии эксплуатационной пригодности (SLS) в отношении изменений объема в раннем возрасте, являются Еврокод 2, CIRIA C766, Модельный код 2010, CEOS.fr, NS3473, Руководство JCI и Руководство BAW [1 –7]. В то время как некоторые подходы к проектированию EAC являются просто оценкой того, будет ли бетон трескаться или нет, другие подходы также предоставляют методы расчета, которые прогнозируют размер последующих ширины возникающих трещин.Общим для всех методов расчета EAC является то, что точность результата очень зависит от качества и правильности параметров материала, используемых в качестве входных. Таким образом, когда речь идет о конструкции EAC, очень важно точное описание развития соответствующих свойств материала.

Свойства материала бетона можно определить с помощью лабораторных экспериментов или, чаще, с помощью моделей, найденных в руководствах и правилах. Последнее автоматически вызовет некоторую неопределенность результатов расчета EAC, поскольку некоторые из требуемых входных параметров материала являются сложными и зависят от конструкции смеси, соотношения в / ц, времени, степени гидратации, температуры отверждения и т. Д.Например, недостатком большинства карт свойств конкретных материалов является то, что они основаны на изотермических условиях 20 ° C и не учитывают реалистичный температурный режим отверждения [8]. Это противоречит тому факту, что в нескольких исследованиях утверждается, что реалистичный режим отверждения может повлиять на свойства материала, такие как AD, CTE, прочность на разрыв, модуль упругости и прочность на сжатие бетона, что не может быть объяснено принципом зрелости [9– 16].

Хотя это не очень распространено, развитие стресса в раннем возрасте можно измерить с помощью специально разработанного экспериментального оборудования.В 1969 году в Мюнхене, Германия, была разработана Cracking Frame [17]. Cracking Frame измеряет реакцию бетона на напряжение в раннем возрасте на изменение температуры в бетонном образце с высокой, но неизвестной степенью сдерживания. В 1984 году Springenschmid et al. разработала усовершенствованную машину для испытания температуры и напряжения (TSTM), которая контролировала температуру и деформацию, обеспечивая 100% -ное ограничение. Сегодня во всем мире можно найти несколько различных вариантов TSTM и других подобных устройств, измеряющих развитие напряжений в твердеющем бетоне [12, 18–25].TSTM в NTNU был построен в 1995 году, а в 2012 году он был реконструирован с использованием новой измерительной установки и нового программного обеспечения, которое, среди прочего, предоставило уникальную возможность определять и моделировать заранее заданную степень ограничения во время тестирования [15, 26] . TSTM в NTNU контролируется температурой и сконструирован для измерения генерации одномерного напряжения в герметизированном бетонном образце во время фазы твердения при выбранной степени ограничения. Применяя репрезентативную степень удержания и температурную историю, TSTM может напрямую моделировать развитие напряжения во времени для данного участка бетонной конструкции. Таким образом, в сочетании с мультифизическим анализом EAC и «обратными расчетами» TSTM предоставляет уникальную возможность преодолеть разрыв между лабораторными экспериментами и реальным поведением на строительной площадке.

Исследования в области EAC значительно расширились на международном уровне с начала 90-х годов с конференции RILEM в Мюнхене в качестве отправной точки [27]. В результате было проведено несколько крупных конференций, посвященных непосредственно данной теме, или специальных сессий на более крупных собраниях [28–34]. Кроме того, большое количество статей было опубликовано в обычных журналах.После конференции RILEM в Мюнхене в 1994 году конкретная группа в NTNU активно участвовала в области EAC как по материалам, так и по экспериментальным и вычислительным аспектам. Работа велась как в рамках ЕС, так и в рамках национальных проектов с участием промышленных, институциональных и университетских участников. Результатом стали многочисленные публикации, участие в международных конференциях и семинарах, а также несколько докторских диссертаций. диссертации [12, 15, 35–38].

Несмотря на описанные выше исследования в данной области, специальные расчеты EAC традиционно не включались в структурное проектирование в Норвегии.Вместо этого решающими были требования относительно максимального повышения температуры и температурных градиентов по поперечному сечению бетона [39]. Однако за последнее десятилетие внимание к конструкции EAC усилилось из-за растущей осведомленности в отрасли, а также более часто встречающейся возможности избежать требований к температуре путем выполнения специальных расчетов EAC. В связи с этим в последние годы в рамках исследовательских проектов COIN [40] и DACS [41] были разработаны и разработаны представленные в настоящее время характеристики свойств материалов и подход к проектированию EAC.Методология направлена ​​на то, чтобы быть прагматичной, поскольку она предполагает высокую активность в лаборатории, и основана на тесном сотрудничестве между исследователями и промышленностью Норвегии. Общая цель заключалась в том, чтобы сделать метод точным и современным, но при этом практичным и простым в применении для подрядчиков и проектировщиков конструкций. В основе методологии лежит определение и описание свойств материала конкретного бетона посредством обширных лабораторных испытаний и последующей подгонки модели. Полученные параметры материала дополнительно оцениваются и калибруются путем сравнения (1) развития напряжения, измеренного в TSTM, с (2) развитием напряжения, рассчитанным с помощью подходов к мультифизическому расчету EAC с использованием полученных свойств материала.В текущем исследовании особое внимание было уделено влиянию реалистичного температурного режима отверждения на различные свойства материала и, следовательно, на риск EAC.

Основные цели текущей работы заключаются в разработке и улучшении описанной выше методологии проектирования EAC и соответствующих характеристик конкретных свойств, включая методы лабораторных испытаний. Лабораторная работа включает определение решающих параметров для оценки раннего возраста трещин, исследование параметров содержания летучей золы, чтобы показать актуальность метода, а также несколько тестов в TSTM, которые составляют основу работы. Общая цель заключалась в том, чтобы сделать методологию проектирования EAC и полученные данные доступными для норвежской бетонной промышленности. Потребность в надежных и эффективных характеристиках свойств бетона и методологии проектирования EAC также коренится в экологическом аспекте. В ближайшие годы бетон изменится из-за его текущего вклада в выбросы CO 2 и использования природных ресурсов. Промышленность должна быть подготовлена ​​к определению характеристик и проектированию EAC следующего поколения бетонов с низким содержанием CO 2 цемента и переработанного заполнителя [42].

2. Экспериментальное оборудование

Экспериментальное оборудование, используемое в данном исследовании, описывается следующим образом.

Тепловыделение бетона при гидратации измеряли с помощью полуадиабатических калориметрических испытаний. 15-литровые образцы бетона были залиты в фанерные ящики, изолированные со всех сторон 100-миллиметровым пенополистиролом. Во время испытаний ящик хранился на воздухе при температуре 38 ° C, в то время как температура воздуха и бетона измерялась непрерывно в течение 5 дней. Измеренное развитие температуры было преобразовано в изотермическое выделение тепла в зависимости от зрелости.Потери тепла в окружающую среду рассчитывались исходя из предположения, что тепловой поток из коробки пропорционален разнице температур между бетоном и окружающей средой. Этот метод широко используется в Норвегии и описан в NS 3657: 1993 [43].

Прочность на сжатие исследуемых бетонов определялась на кубах диаметром 100 мм, которые являются стандартным образцом для испытаний прочности на сжатие в Норвегии. Испытания проводились в соответствии с NS-EN 12390-3: 2009.

Прочность на разрыв и модуль упругости при растяжении были определены с помощью испытаний на одноосную прочность в электромеханической испытательной системе INSTRON 5985 [44], которая в течение нескольких лет была стандартным методом определения прочности на одноосное растяжение в SINTEF / NTNU в Норвегии [45 ].К каждому концу вертикально ориентированного образца размером 100 × 100 × 600 мм прикладывалась растягивающая нагрузка с помощью специально разработанных захватов, предназначенных для обеспечения равномерного распределения напряжений. Развитие растягивающего напряжения измерялось непосредственно от центра оси нагружения с помощью системы тензодатчиков до тех пор, пока в образце не развилось разрушение при растяжении. Во время испытания два датчика смещения, установленные на противоположных сторонах образца, измеряют деформацию в среднем сечении 100 мм. Скорость деформации во время испытаний составляла приблизительно 100 × 10 -6 в минуту.Кривая нагрузка-деформация, полученная во время испытания на разрыв, также использовалась для расчета модуля упругости при растяжении. Модуль упругости при растяжении был определен как отношение напряжение / деформация от 10% до 40% разрушающей нагрузки.

Развитие напряжений в фазе упрочнения было измерено на машине для испытания температурных напряжений (TSTM) в NTNU. Система TSTM состоит из установки для расширения и TSTM, которые подключены к системе контроля температуры (Julabo FP45), которая обеспечивает точный контроль температуры бетона во время испытаний.

Установка расширения — это «фиктивная» установка, следующая за TSTM (рис. 1). Он измеряет свободную деформацию, то есть TD и AD, горизонтально ориентированного образца бетона размером 100 × 100 × 500 мм. Опалубка станка расширения изготовлена ​​из медных пластин толщиной 5 мм, окруженных медными трубами 5 мм с циркуляционной водой, подключенной к термостату. Опалубка и медные трубы покрыты изоляцией. Подвижные концевые пластины, изготовленные из полистирола и стали соответственно, размещаются на каждом коротком конце опалубки, что позволяет концевым пластинам и, следовательно, бетонному образцу свободно перемещаться во время эксперимента.Измерительные болты из инварной стали залиты непосредственно в каждый короткий конец бетонного образца. После литья на каждом коротком конце монтируется индуктивный датчик смещения (LVDT), обеспечивающий свободное соединение между измерительными болтами и LVDT. Изменение длины измерительных болтов, вызванное температурой, рассчитывается и компенсируется в каждом эксперименте. Измерения температуры начинаются сразу после заливки, а измерения изменения длины — примерно через 2 часа, в зависимости от бетона и его характеристик раннего застывания.Во время испытаний образец бетона тщательно герметизируется пластиком и алюминиевой фольгой.


TSTM измеряет развитие напряжения на этапе упрочнения при заданной степени ограничения, R . TSTM состоит из внешней стальной рамы, которая почти без трения поддерживает две подвижные траверсы и подвижную среднюю часть (рисунки 1 и 2). Вместе две траверсы и средняя часть образуют опалубку, в которую заливается горизонтально ориентированный образец бетона.Опалубка TSTM состоит так же, как и опалубка буровой установки, с медными пластинами 5 мм, окруженными 5-миллиметровыми медными трубками (с циркулирующей водой с регулируемой температурой), покрытыми изоляцией. Крейцкопфы и верхние крышки также контролируются по температуре, что обеспечивает равномерную температурную предысторию всего бетонного образца во время испытаний. Образец бетона TSTM имеет форму «собачьей кости». Центральные 700 мм миделя, измеряемая длина, имеют прямоугольное поперечное сечение с размерами 88 мм (ширина) × 100 мм (высота).За пределами измерительной длины ширина бетонного поперечного сечения линейно увеличивается с обеих сторон, пока не достигнет 100 мм на траверсах. Ширина поперечного сечения продолжает постепенно увеличиваться до 225 мм внутри крейцкопфа, обеспечивая сдерживание бетонного образца. Перед заливкой два измерительных болта устанавливаются в средней части TSTM на расстоянии 700 мм, определяя измерительную длину. Измерительные болты проходят через форму с регулируемой температурой и закладываются в бетон во время заливки.Деформация образца бетона измеряется как изменение длины между двумя измерительными болтами двумя индуктивными датчиками смещения (LVDT), по одному на каждой стороне образца бетона (см. Рисунок 1). Датчик нагрузки установлен на правой траверсе, рис. 2, и измеряет удерживающую силу, передаваемую через поперечное сечение бетона во время испытания. Во время испытаний образец бетона тщательно герметизируется пластиком и алюминиевой фольгой.


Программное обеспечение подключается к LVDT и датчику нагрузки, а также к высокоточному винту, перемещающему левую траверсу (Рисунок 2).Величина перемещения траверсы, вызванного программным обеспечением, определяется (1) изменением длины бетона, измеренным LVDT, (2) нагрузкой, измеренной датчиком нагрузки, и (3) параметрами, определяемыми пользователем в программном обеспечении. Таким образом, TSTM контролируется как деформацией, так и нагрузкой. Кроме того, новое программное обеспечение позволяет пользователю выбирать желаемую степень ограничения в диапазоне от 0 до 100%, где степень ограничения определяется как отношение между ограниченной и полной деформацией в тестах TSTM, умноженное на 100%.Для испытаний TSTM с реалистичным температурным режимом отверждения R обычно устанавливается на 50%, что соответствует типичным условиям удержания стены на плите [47]. Степень ограничения 50% обеспечивает более длительный период измерения до того, как в образце разовьется разрушение при растяжении, и, таким образом, дает больше данных, чем если бы образец был полностью закреплен.

Система TSTM имеет несколько областей применения. После испытания на ограниченную нагрузку коэффициент теплового расширения (CTE) можно определить, применив к системе TSTM серию температурных шагов в ± 3 ° C около начальной температуры 20 ° C.Кроме того, результаты испытаний на ограниченную нагрузку в TSTM можно использовать для определения возрастающего изменения модуля упругости с течением времени, а также времени начала развития напряжения t 0 [46]. TSTM также может использоваться для других экспериментальных целей, кроме ранее описанных измерений ограниченного напряжения. Испытания на ползучесть и релаксацию, а также определение удерживающих напряжений из-за усадки при высыхании могут быть выполнены в TSTM [38, 46, 48]. Подробное описание системы TSTM и ее возможностей дано в [15].

Следует отметить, что в данном исследовании образцы бетона были тщательно герметизированы, поэтому усадкой при высыхании было решено пренебречь. Для массивных бетонных конструкций в краткосрочной перспективе усадка при высыхании будет небольшой, и ее, как правило, можно не учитывать.

3. Программа проектирования и испытаний бетонной смеси

Настоящее исследование включает четыре бетона: один эталонный бетон без летучей золы (ссылка ANL) и три бетона с различным количеством летучей золы (ANL FA17, ANL FA33 и ANL FA45 ).Состав бетона, а также общее содержание золы-уноса приведены в Таблице 1. Эталонный бетон, ссылка на ANL, не содержит золы-уноса, и он изготовлен из портландцемента CEM I «Norcem Anlegg» [49]. Бетоны из летучей золы, с другой стороны, изготавливаются из портландцемента с зольной пылью CEM II / A-V «Norcem Anlegg FA», где 17% летучей золы перемалывается с клинкером. Все бетоны были изготовлены с соотношением воды и вяжущего 0,4 и объемом цементного теста 292 л / м. 3 . Содержание летучей золы было увеличено за счет замены цемента летучей золой 1: 1 по весу, при сохранении постоянного отношения воды к вяжущему и объема цементной пасты.Содержание летучей золы указано в процентах от общего количества цемента + летучей золы. Подробный состав цемента можно найти в [15].


ANL исх. ANL FA17 ANL FA33 ANL FA45

Цемент (кг / м 3 ) 372,3 365,3 284,3 229,8
FA cem (ТВС в составе цемента) (кг / м 3 ) 0.0 60,6 47,2 38,1
FA добавлен (добавлен дополнительный FA) (кг / м 3 ) 0,0 0,0 71,1 118,5
Пары кремнезема ( кг / м 3 ) 18,6 18,3 17,6 17,4
Свободная вода (кг / м 3 ) 163,8 160,7 156,2 153,3
Песок 0–8 (кг / м 3 ) 1216.3 1216,3 1216,3 1216,3
Гравий 8–16 (кг / м 3 ) 614,1 614,1 614,1 614,1
Пластификатор (кг / м 3 ) 2,05 2,01 1,56 1,56

Предполагаемое содержание воздуха (%) 2,0 2,0 2,0 2,0
Теоретическая плотность (кг / м3) 3 ) 2400 2390 2370 2360

Общее содержание ЖК, FA / (cem + FA) 0% 25% 33% 45%
Содержание микрокремнезема, диоксид кремния / (cem + FA) 5% 5% 5% 5%

900 02 Описанная в настоящее время методология разработки EAC является результатом тесного сотрудничества между исследователями и промышленностью Норвегии. Следовательно, исследуемый бетон и содержание летучей золы были выбраны на основе общепринятой практики в норвежской бетонной промышленности. Исключение составляло 45% летучей золы, которая была включена, чтобы «оспорить» национальные правила. Норвежский стандарт допускает до 35% летучей золы, в то время как NPRA (Норвежская администрация дорог общего пользования) допускает до 40% летучей золы. К смеси был добавлен микрокремнезем, так как он является абсолютным требованием для всего бетона, используемого для инфраструктурных объектов в Норвегии [39].

В таблице 2 представлена ​​экспериментальная программа, выполненная в данном исследовании. Программа включает выделение тепла при гидратации, развитие прочности на сжатие, прочности на прямое одноосное растяжение и модуля упругости при растяжении, а также испытания на свободную деформацию и ограниченное напряжение в TSTM.


Бетон Испытание Число образцов Возраст испытания (дни)

ANL исх. Тепловыделение 1 0–5
Прочность на прямое растяжение 2 + 2 2, 28
Прочность на сжатие куба 3 · 8 1, 1.5, 2, 3 , 4, 5, 7, 28, 90
TSTM (летние условия) 3

ANL FA17 Тепловыделение 1 0–5
Прочность на прямое растяжение 2 + 2 2, 28
Прочность на сжатие в кубе 3 · 8 1, 1.5, 2, 3, 4, 5, 7, 28, 90
TSTM (лето + зима) 2 + 1

ANL FA33 Тепловыделение 1 0–5
Прочность на прямое растяжение 2 + 2 2, 28, 91
Прочность на сжатие куба 3 · 8 1, 1. 5, 2, 3, 4, 5 , 7, 28, 90
TSTM (лето) 1

ANL FA45 Тепловыделение 1 0–5
Предел прочности при прямом растяжении 2 + 2 3, 28, 91
Прочность куба на сжатие 3 · 8 1, 1.5, 2, 3, 4, 5, 7, 28, 91
TSTM (лето + зима) 1 + 1

Настоящее исследование сосредоточено на растрескивание в раннем возрасте, когда модуль упругости при растяжении является основным свойством материала. Кроме того, сравнимое постепенное увеличение модуля упругости в TSTM в основном основано на приложении растягивающей нагрузки. По этой причине в данной статье описывается только модуль упругости при растяжении. Соответствующие E-модули сжатия для исследуемых бетонов сообщаются и сравниваются с представленными в настоящее время модулями E при растяжении в [15].

Испытания TSTM проводились в полуадиабатических условиях, то есть каждый бетон подвергался своей собственной полуадиабатической температурной истории, представляющей участок стены толщиной 800 мм, подвергнутый норвежским летним или зимним условиям. ANL FA17 и ANL FA45 также были протестированы с температурными режимами, соответствующими норвежским зимним условиям. Летние условия в Норвегии подразумевают температуру свежего бетона 20 ° C и температуру окружающей среды 20 ° C, в то время как зимние условия в Норвегии представлены температурой свежего бетона 10 ° C и температурой окружающей среды 5 ° C.Историю температуры определяли с помощью программы CrackTeSt COIN, используя в качестве входных данных полученное тепловыделение гидратации для каждого бетона и геометрию стены.

4. Методология проектирования EAC

Текущая методология проектирования EAC прагматична в том смысле, что предполагает высокую активность в лаборатории. Основное внимание было уделено тому, чтобы сделать метод точным и современным, но при этом практичным и легким для применения подрядчиками и проектировщиками конструкций. В основе методологии лежит определение и описание конкретного бетона посредством лабораторных испытаний и последующей подгонки модели.Полученные параметры материала затем оцениваются и калибруются путем сравнения (1) развития напряжения, измеренного на машине для испытания температуры и напряжения, с (2) развитием напряжения, рассчитанным с помощью различных подходов к расчету EAC с использованием полученных свойств материала. Основные этапы методологии проектирования EAC показаны на рисунке 3 и описаны следующим образом: (a) Свойства материала, такие как тепло, прочность и изменение модуля упругости с течением времени, определяются с помощью специальных лабораторных испытаний исследуемого бетона (b ) Выбранные модели материалов подгоняются к результатам испытаний для обеспечения числовых описаний различных свойств (c) Создана база данных материалов, включающая свойства материалов и соответствующие параметры модели для данного бетона (d) Испытание на ограниченное напряжение выполняется в TSTM. , где образцы подвергаются температурному режиму отверждения, представляющему выбранный участок конструкции стенки толщиной 800 мм. (e) Развитие напряжений TSTM «рассчитывается обратно» с помощью различных подходов к расчету EAC на основе установленной базы данных материалов (f) База данных материалов оценивается и калибруется путем сравнения рассчитанного развития напряжения с развитием напряжения, измеренным в TSTM


Результатом описанных выше шагов является база данных материалов, которую можно использовать для оценки трещин в раннем возрасте и проектирования конструкций для данного бетона.Испытания в TSTM представляют собой ценную калибровку и проверку установленной базы данных материалов. Кроме того, тесты TSTM включают влияние реалистичного температурного режима отверждения на EAC и соответствующие параметры материала.

5. Модели материалов и расчеты напряжения в раннем возрасте

В данном исследовании применяется принцип зрелости, а прочность на сжатие, предел прочности на разрыв и модуль упругости моделировались уравнением (1), которое является модифицированной версией CEB- Модель FIP MC 1990 [50] (см. [51–53]): где — свойство как функция зрелости, — это свойство в 28 дней, с и n — параметры аппроксимации кривой, а t 0 — время начала развития стресса (срок погашения).

Следовательно, уравнения, описывающие прочность на сжатие, прочность на разрыв и модуль упругости, представлены в уравнениях (2) — (4) соответственно. Параметр s одинаков для всех свойств, в то время как параметр n меняется [51, 52]:

В описанных выше уравнениях время начала развития напряжения t 0 было найдено из испытания TSTM как время созревания, когда измеренное удерживаемое напряжение достигает 0,1 МПа для испытаний, проводимых при реалистичной (летней) температуре.Остальные параметры модели были найдены путем подгонки описанных выше моделей к соответствующим результатам испытаний с использованием метода наименьших квадратов.

Развитие одноосного напряжения в TSTM было рассчитано на основе обратных расчетов, т. Е. Смоделировано с помощью трех различных подходов к расчету: TSTM-sim, CrackTeSt COIN и DIANA. TSTM-sim служит специально разработанным методом с низким порогом для обратного расчета развития напряжения, измеренного в TSTM, с целью калибровки и / или проверки используемых параметров материала и моделей.Альтернативные методы расчета CrackTeSt COIN и DIANA были включены для оценки и проверки подхода TSTM-sim. Одновременно TSTM-sim в сочетании с ограниченными стресс-тестами в TSTM представляет собой оценку DIANA и CrackTeSt COIN для практических целей.

TSTM-sim — это специально разработанная процедура одномерных расчетов, запрограммированная в Excel и Visual Basic. Программа моделирует развитие напряжения в TSTM, используя следующие входные параметры: (1) параметры материала, описывающие данный бетон, (2) температура, измеренная в TSTM, (3) свободная деформация и температура, измеренная на установке параллельного расширения, и ( 4) степень ограничения, применяемая в тесте TSTM.TSTM-sim применяет принцип зрелости и рассчитывает изменение модуля упругости и прочности на разрыв с течением времени. Затем вычисляются динамическая ползучесть и развитие напряжений. Зависящая от времени реакция бетона на напряжение описывается на основе линейной вязкоупругости для стареющих материалов, что означает, что деформации ползучести при постоянном напряжении линейно связаны с уровнем напряжения. Эта линейность была смоделирована функцией податливости в сочетании с Законом двойной степени [54]: где t (дни) — возраст бетона, это возраст бетона, при котором было приложено фактическое напряжение, — модуль упругости при, — эквивалентный возраст (зрелость) при и φ 0 , d и p являются параметрами модели ползучести.

Принцип суперпозиции прикладываемого старения бетона можно интерпретировать как «… деформации, возникающие в любой момент t при увеличении напряжения, приложенного в возрасте < t, не зависят от эффектов любого напряжения, приложенного ранее или позже »[9]. Комбинируя теорию линейной вязкоупругости с принципом суперпозиции, общая деформация для истории переменного напряжения может быть выражена в дискретной форме уравнением (6), которое является основой для обратных расчетов TSTM в TSTM-sim [15] : где общее приращение деформации, генерируемое за интервал времени, определяется фактической степенью сдерживания в TSTM, — функция податливости, — это приращение напряжения, вызванное во времени, и — это свободная деформация, измеренная в установке для растяжения.

Модель ползучести, используемая в TSTM-sim, не уникальна, и в литературе можно найти несколько альтернативных подходов (например, [55–57]). Используемая в настоящее время модель представляет собой упрощение реальных характеристик материала, и она была выбрана на основе предыдущего опыта в NTNU, где она была признана подходящей и достаточно точной при оценке результатов испытаний на ползучесть и выполнении расчетов EAC.

Специальная программа 2D CrackTeSt COIN [58] также использовалась для моделирования развития напряжения в TSTM во время тестирования.CrackTeSt COIN рассчитывает температуру, прочность, напряжение и риск растрескивания с течением времени в твердеющих бетонных конструкциях. Расчет напряжения в раннем возрасте в CrackTeSt COIN состоит из анализа теплового потока, за которым следует структурный анализ. Зависящая от времени реакция на напряжение описывается цепной моделью Максвелла, т. Е. Расчеты основываются на кривых релаксации. Поэтому параметры ползучести были преобразованы в данные релаксации программой RELAX [59] до моделирования TSTM в CrackTeSt COIN. В обратных расчетах TSTM изменение температуры бетона моделировалось как изменение внешней температуры во времени. Свободное расширение, измеренное в установке расширения, применялось в модели TSTM следующим образом: (1) тепловое расширение, вызванное усиленным развитием температуры, и (2) автогенная деформация, применяемая как усадка бетона.

DIANA [60], широко известная многоцелевая программа 3D FEM, была третьим подходом, который использовался для моделирования развития напряжения в TSTM. В DIANA моделирование TSTM было выполнено как анализ ступенчатого течения и напряжения.Это включает в себя анализ переходного теплового потока с последующим структурным анализом. Также для анализа DIANA изменение температуры в смоделированном образце бетона использовалось в качестве истории внешней температуры с течением времени. Измеренное свободное расширение в установке для расширения применялось к модели TSTM как заданное смещение, зависящее от времени; следовательно, тепловое расширение и деформации усадки в модели материала были установлены равными нулю, поскольку они уже были учтены при измерениях установки расширения. В DIANA для описания ползучести / релаксации бетона доступны как закон двойной мощности, так и цепи Максвелла. В отличие от ранее описанных расчетов в Excel, коэффициент ползучести в DIANA не зависит от срока погашения. Для расчетов на основе релаксационных и максвелловских цепочек данные параметры ползучести были преобразованы в релаксационные данные с помощью программы RELAX [59].

Используемые в настоящее время подходы для расчета стресса в раннем возрасте более подробно описаны в [15].

6. Результаты и обсуждение

Результаты испытаний и расчетные параметры модели для исследованных бетонов представлены в Таблице 3 и на Рисунке 4. Параметры энергии активации A и B в Таблице 3 были определены на основе испытаний прочности на сжатие на образцы полимеризовались при температуре ниже 5 ° C, 20 ° C и 35 ° C соответственно. Эти тесты и последующие выводы подробно описаны и представлены в [15].


A B т 0 с n т n E f c 28 (МПа) f t 28 (МПа) E 28 (ГПа) E TSTM (ГПа) CTE ϕ 0 d

ANL исх. 31500 300 8,8 0,200 0,484 0,348 80,3 3,9 32,5 32,8 9,0 0,75 0,20 0,21
ANL FA17 31500 200 9,5 0,275 0,589 0,299 71,2 3,6 30,6 31,5 9,1 0.67 0,32 0,28
ANL FA33 37000 0 12,0 0,356 0,486 0,252 53,6 3,1 27,8 30,5 9,2 0,49 900 0,22 0,33
ANL FA45 42000 0 13,0 0,424 0,665 0,189 45,3 3.0 24,9 29,5 9,4 0,30 0,24 0,35

Результаты полуадиабатических калориметрических испытаний подтвердили хорошо известный факт, что тепловыделение бетона систематически уменьшается. с увеличением количества летучей золы (рис. 4 (а)). Однако следует отметить, что используемый в настоящее время цемент ANL FA имел довольно агрессивное выделение тепла при гидратации по сравнению с ранее использовавшимися партиями цемента ANL FA.Фактически, выделение теплоты гидратации у используемой в настоящее время ANL FA (16,6% летучей золы) было почти таким же высоким, как у ANL ref. (без летучей золы). Это нерегулярное выделение тепла с высокой степенью гидратации может быть вызвано неблагоприятным сочетанием довольно высокой дисперсности (Blaine: 389 м 2 / кг) и несколько более низкого содержания летучей золы (16,6%) по сравнению с предыдущей испытанной партией, которая имела крупность и зольность 370 м 2 / кг и 17,8% соответственно. На выделение теплоты гидратации для данной партии цемента также влияют другие параметры, такие как состав цемента и партия летучей золы.Эти результаты показывают, что выделение тепла в фазе затвердевания может значительно различаться между разными партиями цемента, и подчеркивают важность регулярных испытаний тепловыделения в период строительства.

28-дневная прочность на сжатие, которая является наиболее часто используемым параметром класса качества, систематически снижалась с увеличением содержания летучей золы. Однако из-за значительного улучшения свойств бетонов из летучей золы по истечении 28 дней, разница в прочности на сжатие между исследованными бетонами со временем уменьшалась.Через 91 день прочность на сжатие ANL исх. и ANL FA были в том же диапазоне (рис. 4 (c)). Выведенные параметры s , которые описывают развитие прочности бетона на сжатие, приведены в таблице 3. Значения s были в том же порядке величины, что и в других исследованиях (например, [51, 61]).

28-дневная прочность на разрыв также снижалась с увеличением количества летучей золы (рис. 4 (d)). Однако разница в прочности на разрыв между бетоном со временем уменьшалась из-за значительного запоздалого развития свойств, наблюдаемых у бетонов из летучей золы.Модели фактически показывают, что прочность на разрыв ANL FA45 превосходит ANL FA33 примерно через 28 дней. Параметры модели были найдены в результате механических испытаний до 28 дней в соответствии с общепринятой практикой. Следовательно, модель и ее параметры не точно описывают значительное изменение свойств бетона из летучей золы после 28 дней. В то время как модель предсказывает предел прочности на разрыв 3,3 МПа и 3,4 МПа через 91 день для ANL FA33 и ANLFA45, соответственно, фактическая измеренная прочность на разрыв была намного выше: 4.1 и 4,0 МПа соответственно. Это следует принимать во внимание при оценке прочности на разрыв и риска растрескивания после 28 дней, но для большинства конструкций основной риск EAC будет возникать до 28 дней. Дальнейшие исследования и дополнительные данные необходимы для создания надежных моделей, которые учитывают позднее проявление свойств бетона из летучей золы.

Было обнаружено, что модуль упругости при растяжении уменьшается с увеличением содержания летучей золы для всех возрастов испытаний (рис. 4 (е)). В ходе текущего исследования было замечено неудовлетворительное согласие между модулем упругости, найденным в программе испытаний, E 28 , и модулем упругости, полученным из приращений напряжения-деформации в TSTM, E TSTM . Предполагалось, что реалистичные температурные условия отверждения могут повлиять на механические свойства. Поэтому была проведена серия механических испытаний с целью изучения влияния температуры отверждения на прочность на сжатие, предел прочности при растяжении и модуль упругости [16]. Программа испытаний показала, что реалистичный температурный режим отверждения привел к увеличению начального развития модуля упругости для бетонов из летучей золы, что не могло быть объяснено принципом зрелости.Поэтому было решено увеличить 28-дневный модуль упругости в соответствии с тестами TSTM в существующей в настоящее время базе данных материалов (см. Таблицу 3).

Коэффициент теплового расширения (КТР) — это комплексный параметр, который изменяется как в зависимости от состава бетонной смеси, так и в зависимости от времени (степени самовысыхания) [62]. В данной работе применялось обычно используемое упрощение постоянного КТР, которое определялось как среднее значение, полученное из температурных контуров в конце испытаний на ограниченную нагрузку в TSTM. Тенденция небольшого увеличения CTE с увеличением количества летучей золы была видна в таблице 3.

Для каждого теста TSTM развитие AD определялось путем удаления TD из общей деформации, измеренной в установке расширения с использованием CTE. Развитие AD для исследуемых бетонов представлено на Рисунке 4 (f), где графики обнулены в момент начала развития напряжений, t 0 . Следует отметить, что кривые AD представлены как функция времени, а не срока погашения, т.е.е., они представляют развитие AD с течением времени в стене толщиной 800 мм, определенной в настоящее время для данного бетона, подверженного его собственной индивидуальной истории температур отверждения. Значительное изменение было замечено в рассчитанном AD, который, как было обнаружено, сильно зависит от повышения температуры во время отверждения (см. [15, 63]). Примененное упрощение постоянного CTE внесет неточность в выведенный AD; однако текущие расчеты напряжения основаны на общей измеренной деформации и, следовательно, не зависят от выбора КТР. Если использовать вычисленную AD в сочетании с другой температурной историей, упрощение постоянного CTE будет иметь только ограниченное влияние на развитие напряжения, так как небольшая возможная погрешность AD возникает в фазе, где E-модуль все еще довольно низкий. [15, 63].

Параметры ползучести, первоначально использовавшиеся в расчетах, были приняты на основе предыдущего опыта с аналогичными бетонами. Однако обратные расчеты TSTM выявили отклонение между расчетным и измеренным развитием напряжения, которое систематически увеличивалось с увеличением содержания летучей золы.Предполагалось, что это отклонение вызвано предполагаемыми параметрами ползучести, и поэтому было решено провести специальные тесты на ползучесть для ANL FA и ANL FA33 в TSTM. Эти испытания на ползучесть и соответствующие результаты описаны и представлены Klausen et al. [46]. Новые параметры модели обеспечили гораздо лучшее согласие между измеренным и рассчитанным на основе исторических данных развитием напряжения (Таблица 3 и Рисунок 5 (а)). Это упражнение иллюстрирует основную концепцию текущей методологии TSTM, используя TSTM в качестве «решения» для оценки и калибровки определенных параметров модели исследуемого бетона.

На рис. 5 (b) показаны измеренные и рассчитанные изменения напряжения для ANL ref. подвергнуты реалистичному температурному режиму отверждения, соответствующему норвежским летним условиям. Развитие напряжений было рассчитано с помощью TSTM-sim, CrackTeSt COIN и DIANA с использованием закона двойной степени (DIANA DPL), и все подходы были основаны на одних и тех же параметрах материала. Расчетные кривые напряжения показали очень хорошее совпадение как друг с другом, так и с соответствующим измеренным напряжением. Все подходы к расчету обеспечивали точное описание фазы сжатия, в то время как расчет DIANA дал немного меньшее развитие растягивающего напряжения с течением времени, чем другие подходы.Причина этого кроется в расчетах ползучести, поскольку коэффициент ползучести в DIANA не зависит от зрелости. В целом, следует сказать, что подходы к расчету в сочетании с ранее определенными параметрами материала обеспечивают очень точное моделирование развития напряжений в TSTM. Соответствующее согласие между различными подходами к расчету было также замечено для других исследованных бетонов, и, следовательно, специально разработанная программа моделирования TSTM-sim в Excel была оценена и проверена CrackTeSt COIN и DIANA.В дальнейшем TSTM-sim использовалась для обратного расчета измеренного развития напряжений, чтобы оценить и проверить свойства материала для остальных бетонов.

Измеренные и расчетные изменения напряжений для исследованных бетонов, подвергнутых реалистичным температурным режимам отверждения, представляющим норвежские летние условия, представлены на Рисунке 6. Следует отметить, что каждый бетон подвергался своей собственной полуадиабатической температурной истории, представляющей сечение 800 мм. толстая стенка (рис. 5 (б)).Чтобы различать бетоны и их индивидуальные температурные характеристики, использовались следующие обозначения: « Имя бетона ( T ini / T max )», где T ini — начальная температура. свежего бетона и T max — максимальная температура бетона во время испытаний. Все реалистичные температурные испытания в TSTM применялись со степенью сдерживания R = 50%.

На рис. 6 (а) показано измеренное и рассчитанное развитие напряжения для трех номинальных идентичных испытаний TSTM, выполненных с помощью ANL ref.Измеренное развитие напряжения показало очень хорошую воспроизводимость между испытаниями со стандартным отклонением через 48 и 96 часов всего 0,03 и 0,06 МПа соответственно. Кроме того, было также очень хорошее соответствие между измеренным развитием напряжения и соответствующим обратным расчетом. Для ANL FA были выполнены два номинальных идентичных теста TSTM (рисунок 6 (b)). Испытания показали очень похожие изменения измеренного напряжения, а также хорошее согласие между измеренным и рассчитанным напряжением.На рисунках 6 (c) и 6 (d) показаны измеренные и рассчитанные изменения напряжения для ANL FA33 и ANL FA45, соответственно. Оба теста показали довольно хорошее соответствие измеренного и рассчитанного напряжения; однако для ANL FA33 наблюдалась небольшая недооценка развития растягивающего напряжения с течением времени. Это небольшое отклонение могло быть вызвано первоначальным увеличением модуля упругости под действием температуры. Хотя влияние температуры на 28-дневное значение модуля упругости было скорректировано путем замены E 28 на E TSTM , соответствующее повышение скорости развития модуля упругости под действием температуры по сравнению с первым несколько дней не учтено (см. [15, 16]).Таким образом, TSTM обеспечивает очень хорошую воспроизводимость номинальных идентичных тестов. Кроме того, испытания TSTM и соответствующие обратные расчеты подтвердили подходы к расчету и созданную базу данных материалов для всех исследованных бетонов.

Норвежский климат с его холодными зимами может быть сложным, когда дело касается бетонного строительства. Было замечено, что предел прочности на разрыв для бетонов с большим объемом золы-уноса может быть очень низким при низких / умеренных температурах, и предполагалось, что этот эффект может перекрыть положительный эффект снижения тепловыделения.Поэтому было решено провести испытания в TSTM, где бетон подвергался норвежским зимним условиям, которые в текущем исследовании были определены как температура свежего бетона 10 ° C и температура окружающей среды 5 ° C. На рисунке 7 показано измеренное и рассчитанное развитие напряжения для ANL FA17 и ANL FA45 в зимних условиях. Измеренные и рассчитанные на основе обратных расчетов изменения напряжений также дали хорошее согласие для этих температурных условий отверждения. Следовательно, текущая методология EAC доказывает свою надежность, так как установленная база данных материалов оказалась действительной также для температурных условий отверждения, представляющих другие климатические условия.

На рисунке 8 (а) показан скомпилированный набор кривых развития напряжений, измеренных в TSTM. При рассмотрении только бетона из летучей золы (все они основаны на одном и том же цементе Anlegg FA), сжимающие и растягивающие напряжения уменьшались с увеличением содержания летучей золы для данного примера стены и температурных условий (стена толщиной 800 мм, летние и зимние условия). Как видно на Рисунке 4 (а), максимальная температура во время отверждения, T max , снижается с увеличением содержания летучей золы.Следовательно, уменьшение T max снижает как расширение бетона, то есть развитие начального напряжения сжатия, так и тепловое сжатие во время фазы охлаждения. Однако это вызванное летучей золой снижение развития растягивающего напряжения необходимо рассматривать в сочетании с соответствующим пониженным пределом прочности на растяжение. Таким образом, склонность бетона к растрескиванию оценивалась на основе индекса трещины, то есть возникающего растягивающего напряжения, деленного на соответствующую прочность на растяжение (см. Рисунок 8 (b)).Для исследуемых бетонов и конструкции было обнаружено, что увеличение количества замены цемента летучей золой снижает склонность к растрескиванию. Было установлено, что бетон с самым высоким содержанием золы, ANL FA45, обеспечивает самый низкий индекс трещин как в летних, так и в зимних условиях для данной стены толщиной 800 мм.

Ссылка ANL. тесты внесли значительный вклад в документацию воспроизводимости TSTM; однако их нельзя было напрямую сравнивать с бетоном из летучей золы, поскольку они были изготовлены из другого цемента.Первоначально ANL исх. Ожидалось, что бетон без летучей золы будет давать самую высокую тенденцию к растрескиванию. Однако из-за сочетания нескольких неблагоприятных обстоятельств риск взлома как ANL FA17, так и ANL FA33 фактически превзошел ANL ref. с течением времени (рисунок 8 (б)). Причинами этого были (1) нерегулярное выделение тепла с высоким уровнем гидратации у используемой в настоящее время партии цемента ANL FA, (2) высокая AD, наблюдаемая для бетонов из летучей золы, подвергшихся воздействию высоких температур отверждения, (3) вызванное температурой увеличение E -модуль упругости в раннем возрасте, наблюдаемый для бетонов из летучей золы, и (4) низкая скорость развития прочности на разрыв в раннем возрасте для бетонов из летучей золы.

В данной статье показано, что замена цемента летучей золой может снизить склонность бетона к растрескиванию; тем не менее, риск EAC также зависит от нескольких других параметров, таких как, например, партия цемента, тип заполнителя, соотношение массы и материала и добавление добавок, уменьшающих усадку (SRA) [64]. Таким образом, при проектировании бетонных конструкций следует включать точную характеристику свойств бетона и соответствующие методики проектирования EAC.

7.Резюме и заключение

В ходе текущей работы была разработана и разработана методология проектирования по растрескиванию в раннем возрасте (EAC) и соответствующий метод определения свойств бетона, основанный на лабораторных испытаниях и установке для испытания температурных напряжений (TSTM): (i) TSTM обеспечил очень хорошую воспроизводимость и надежные результаты во время исследования. Например, параметры ползучести, полученные непосредственно из испытаний на ограниченную нагрузку в TSTM, дали очень хорошее согласие с соответствующими специализированными испытаниями на ползучесть.Благодаря своей надежности испытания в TSTM представляют собой ценную калибровку и проверку параметров материала и модели, установленных для данного бетона. Кроме того, тесты TSTM включают влияние реалистичного температурного режима отверждения на EAC и соответствующие параметры материала. (Ii) Было обнаружено хорошее согласие между развитием напряжения в раннем возрасте, рассчитанным с помощью TSTM-sim (Excel), CrackTeSt COIN и DIANA, соответственно. При корректировке влияния температуры на 28-дневное значение модуля упругости, расчеты также показали очень хорошее согласие с соответствующим развитием напряжения, измеренным в TSTM, как для летних, так и для зимних температурных условий отверждения.Это общее соглашение подтверждает достоверность и надежность подходов к расчету, а также параметров применяемой модели. (Iii) На основе текущего картирования свойств и калибровки в специальной программе CrackTeSt COIN была создана база данных материалов для исследуемых бетонов. CrackTeSt COIN и соответствующая база данных материалов теперь представляют собой средство, с помощью которого подрядчики и проектировщики конструкций могут оценить правильный выбор типа бетона, минеральных добавок и методов выполнения на месте, чтобы минимизировать или даже избежать растрескивания.(iv) Некоторые параметры материала, которые влияют на EAC, зависят от температуры отверждения бетона таким образом, что только до определенной степени можно описать принципом зрелости, например, предел прочности при растяжении, модуль упругости и автогенная деформация (AD). Следовательно, текущие результаты убедительно свидетельствуют о том, что такие параметры должны быть измерены при соответствующих реалистичных температурных условиях отверждения. (V) Для исследуемых бетонов и структурного случая было обнаружено, что возрастающая замена цемента летучей золой снижает тенденцию к растрескиванию.

Ожидается, что в ближайшие годы бетон изменится из-за его текущего вклада в выбросы CO 2 и использования природных ресурсов. Отрасль должна быть готова к определению характеристик и проектированию EAC следующего поколения бетонов с низким содержанием CO 2 цемента и переработанного заполнителя.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Раскрытие информации

Текущая публикация основана на Ph.Кандидатская диссертация Клаузена «Ранняя оценка трещин в бетонных конструкциях, экспериментальное определение решающих параметров» [15].

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Выражение признательности

Работа выполнялась в рамках проекта DaCS (Durable Advanced Concrete Solutions, 2015–2019) в рамках проекта инноваций на основе пользовательских исследований в COIN (Concrete Innovation Center, 2007–2014 гг. (Https: //www.sintef. no / en / projects / coin / coinp), Центр инноваций на основе исследований, созданный Исследовательским советом Норвегии).

(PDF) Прогнозирование прочности и зрелости твердеющего бетона

Прогнозирование прочности и зрелости твердеющего бетона

твердеющего бетона

Ирина Белых, Виктор Сопов *, Лариса Буцкая, Лидия Першина и Ольга Макаренко

Харьковский национальный гражданский университет Инженерия и архитектура, Сумскаст. 40, 61002 Харьков,

Украина

Аннотация. При прогнозировании роста прочности и зрелости твердеющего бетона

необходимо учитывать роль температурных факторов

.Учет температурного фактора требует на начальной стадии

твердения бетона низкие положительные температуры и невысокую скорость нагрева

бетона. Уровень максимального нагрева бетона

будет зависеть не только от экзотермии цемента, но и от амплитуды колебаний температуры окружающей среды

. Проанализирован вклад в растрескивание бетона

различных типов цементов с точки зрения тепловыделения

при их гидратации.Проанализированы существующие модели для прогнозирования

характера набора прочности и зрелости бетона на основе данных

по тепловыделению при гидратации цемента в бетонных конструкциях. Показано, что лабораторных исследований недостаточно для оценки

характера тепловыделения. Для эффективного прогнозирования физических и

механических свойств необходимо проводить температурно-временной

мониторинг во время твердения бетона в конструкции, чтобы учесть влияние внешних факторов

.

1 Введение

Одной из основных проблем монолитного бетонирования является проблема обеспечения устойчивости бетона к температурному растрескиванию

. Образование температурных трещин

связано с нагревом и охлаждением бетона, когда он затвердевает в конструкции. Нагревание вызывается выделением тепла в бетоне

в результате экзотермических реакций гидратации цемента при его взаимодействии

с водой.Поскольку тепло не может быть передано мгновенно, в объеме уложенного бетона будут наблюдаться градиенты температуры

, что приведет к развитию значительных растягивающих напряжений на внешних краях бетонного массива

. Также образование трещин

может быть вызвано влиянием колебаний температуры наружного воздуха и условиями теплообмена

элементов конструкции с окружающей средой.

Контроль температуры в бетонной конструкции — одна из основных мер по обеспечению трещиностойкости бетона

[1-4].

При прогнозировании роста прочности и зрелости твердеющего бетона необходимо

учитывать роль температурного фактора.

С учетом температурного фактора требуются низкие положительные температуры

и низкая скорость нагрева бетона на начальной стадии твердения бетона. В данном случае уровень

* Автор для переписки: [email protected]

© Авторы, опубликовано EDP Sciences.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons

Attribution License 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Сеть конференций MATEC 230, 03001 (2018) https://doi.org/10.1051/matecconf/201823003001

Transbud-2018

Влияние смешивания и укладки в жаркую погоду на свойства твердого бетона | Международный журнал бетонных конструкций и материалов

Были исследованы три участка проезжей части с предполагаемыми проблемами бетона в жаркую погоду.Эта задача потребовала активной помощи со стороны Бюро материалов и физических исследований (BMPR) Министерства транспорта штата Иллинойс (IDOT) и районных инженеров.

Были посещены три точки: дорога Крюгер (Вашингтон, Иллинойс), тротуар подъездной дороги от US-150 (Пеория, Иллинойс) и съезд I-74 (Пеория, Иллинойс). Это исследование включает в себя покрытие основных автомагистралей между штатами, съезды между штатами, дороги местного значения и подъездные пути. Каждый раздел представлен ниже отдельно, с таким количеством подробностей об условиях заливки и очевидных повреждений на сегодняшний день.

Cruger Road, Washington, IL

Эта местная дорога была залита в два этапа, так что на восточной стороне было немного прохладнее осенью, а на западной стороне — в жарких летних условиях. Поскольку бетонная смесь и конструкция покрытия были предположительно такими же, как и нагрузка, этот раздел представляет собой идеальное параллельное сравнение эффектов более высоких температур укладки бетона. Он был осмотрен 6 марта 2008 года.

Westbound Cruger Road была залита 29 и 30 августа 2007 года.Температура окружающего воздуха колебалась от 72 до 89 ° F, погода была частично облачной в первый день и частично облачной, затем солнечной во второй день. Бетон перевозили на грузовиках с мешалкой, и среднее время транспортировки составляло 25–30 минут. Температура бетона в первый день составляла от 86 до 94 ° F (от 30 до 34,4 ° C) и от 84 до 92 ° F (от 28,8 до 33,3 ° C) во второй день. Осадка бетона варьировалась от 1,25 до 2,75 дюйма (3,2–7,0 см), а содержание воздуха — от 3,5 до 7,8%.

Eastbound Cruger Road было залито 20 и 21 сентября 2007 года. Погодные условия были ясными в оба дня с температурой окружающей среды от 66 до 90 ° F (от 18,8 до 32,2 ° C). Сообщалось о температурах бетона от 83 до 91 ° F (от 28,3 до 32,7 ° C). Бетон по-прежнему перевозили в грузовиках с мешалкой, и среднее время перевозки составило ~ 25 минут. Осадка бетона варьировалась от 1,25 до 2,00 дюймов (3,2–5,1 см), а содержание воздуха — от 3,6 до 8,7%. За исключением различий в погодных условиях, каждое направление дороги было очень похоже с точки зрения материалов и конструкции.

Несмотря на то, что температура бетона была ниже во время заливки дороги Крюгер-роуд, идущей на восток, она демонстрирует большее ухудшение, чем полоса движения в западном направлении. Дорожка, идущая на восток, показывает переутомление поверхности, растрескивание, плохую тонировку и текстуру поверхности, а также очень плохое качество усадочных швов. Связано ли это с теплой погодой или нет, стыки были распилены слишком рано, и край стыка был сильно выкрашен. Плохо пропиленный шов и плохо обработанная текстура видны на рис. 3. На рис. 4 показана плохая обработанная поверхность, а на рис.5 показывает поверхность Cruger Road с надлежащей отделкой.

Рис. 3

Чрезмерное растрескивание стыков на восточном направлении Крюгер-роуд, а также плохая текстура поверхности.

Рис. 4

Крюгер-роуд в восточном направлении, показаны участки с плохим трением поверхности, которые отражают солнечный свет.

Рис. 5

Westbound Cruger Road с надлежащей текстурой поверхности ( левые полосы ). Изменение цвета на западном переулке — всего лишь косметический недостаток.

Тротуар подъездной дороги от US-150, Пеория, Иллинойс

Это тротуар представлял собой небольшой кусок тротуара подъездной дороги, который был примером плохой техники укладки в летнее время.Эта подъездная дорога была залита в августе 2002 г., начиная примерно с 4 часов дня. Бетонная загрузка была ранее отклонена ближайшим бедняком из-за превышения времени после замеса, около 90 минут. После того, как грузовик был забракован, он вернулся в течение 45 минут, что было недостаточно, чтобы вернуться со свежим грузом. Бетон в любом случае был уложен на подъездной дорожке с очень высокой просадкой, как если бы водитель грузовика только что добавил воды, чтобы довести просадку до допустимого диапазона. Как только бетон застрял, он начал схватываться, и отделочникам было очень трудно чистить поверхность щеткой.

Эти бетонные плиты практически не имеют текстуры поверхности и имеют значительные трещины от выскакивания по всей поверхности. Петрографическое исследование не проводилось, но это могло быть результатом очень плохой структуры воздушных пустот на поверхности, что привело к повреждению от замерзания зимой. Это повреждение можно увидеть на рис. 6.

Рис. 6

Отсутствие текстуры поверхности и значительные повреждения, вызванные выскакиванием.

I-74 Ramp, Peoria, IL

Этот участок, съезд с межштатной автомагистрали 74, был посещен 6 марта 2008 года.Заливка рампы началась около полудня 25 июня 2005 г. По словам инженеров, температура бетона была выше 93 ° F (33,8 ° C). Бетон подвергался серьезным оседаниям при транспортировке, потому что он доставлялся открытыми тандемными грузовиками, а трудности с движением на площадке требовали, чтобы грузовик подождал 45–60 минут, прежде чем они смогли сбросить свой груз. Четыре грузовика, участвовавших в проекте, были отклонены из-за превышения сроков изготовления партии. Из-за сильной потери осадки бетон было трудно отделывать, и подрядчик не мог нанести на него подходящую текстуру поверхности.Однако, как только были решены проблемы с дорожным движением и были загружены более свежие партии бетона, заливка пошла лучше.

Как упоминалось ранее, подрядчик не смог нанести надлежащую текстуру на бетон, поэтому поверхность очень гладкая, что нежелательно для надлежащего сопротивления скольжению. Это особенно проблематично для съезда с автомагистрали, где движение транспорта необходимо быстро замедлить. В дополнение к отсутствию надлежащей тонировки бетон начинает показывать мелкие трещины.

Хотя это еще не проблема, она может усугубиться масштабированием поверхности.Это растрескивание, скорее всего, связано с чрезмерной обработкой поверхности отделочными работниками. Это могло включать добавление воды к поверхности для облегчения отделки, что в конечном итоге ослабляет поверхность бетона. Поверхность бетона съезда аппарели показана ниже на рис. 7.

Рис. 7

Трещины и плохая тонировка на сочлененном бетонном покрытии съезда аппарели.

Бетон на трех посещенных объектах демонстрирует некоторую комбинацию чрезмерного растрескивания, быстрой потери осадки, раннего времени схватывания и плохой отделочности.Общей чертой этих трех участков является то, что температура бетона была высокой, очень близкой к 90 ° F (32,2 ° C) или выше. Большинство посещенных площадок представляли собой сооружения для мощения скользящей опалубкой и, следовательно, имели низкое соотношение воды и вяжущих материалов. Следует дополнительно изучить, является ли это показателем повышенной предрасположенности к проблемам с бетонированием в жаркую погоду.

Зачем нужно охлаждение бетона?

Компании, выполняющие конкретные работы, возможно, слышали термин «охлаждение бетона» раньше.Некоторым людям, незнакомым с конкретной отраслью, этот термин мог показаться сбивающим с толку или удивительным. Многие люди, возможно, задавались вопросом, зачем вообще нужно охлаждение бетона. Ниже обсуждается, почему охлаждение бетона важно, какие проблемы могут возникнуть из-за слишком горячего бетона, для каких проектов больше всего требуется охлажденный бетон и какие факторы могут влиять на температуру бетона.

Химия бетона

Хотя в повседневной беседе некоторые люди могут использовать термины «бетон» и «цемент» как синонимы, важно понимать разницу.Цемент — это смесь, которая в сочетании с водой образует материал, известный как бетон. Само формирование бетона осуществляется посредством процесса, известного как гидратация цемента. По сути, это относится к химическому связыванию заполнителей цемента с водой. Бетон не может затвердеть и укрепиться без гидратации.

Все химические процессы можно классифицировать как эндотермические, что означает, что они поглощают тепло и, таким образом, понижают температуру окружающей среды, или как экзотермические, что означает, что они выделяют тепло и, таким образом, повышают температуру своего окружения.Процесс гидратации цемента в основном включает экзотермические химические реакции. Таким образом, по мере гидратации бетон становится более горячим. В некоторых случаях температура бетона может превышать 200 ° F.

Проблемы, связанные с горячим бетоном

Процесс затвердевания бетона называется отверждением. К сожалению, высокие температуры отверждения бетона могут привести к снижению прочности на разрыв и снижению эксплуатационных характеристик. Хорошо задокументировано, что бетон, который затвердевает при температуре 95 ° F или выше, будет иметь значительно меньшую прочность, чем бетон, затвердевающий при температуре около 70 ° F.

Отчасти проблема в том, что затвердевающий бетон будет расширяться при более высоких температурах. Это приводит к менее плотному схватыванию, что снижает прочность бетона. Это особенно проблема в условиях большой заливки, когда внутренний бетон может быть значительно теплее, чем внешний бетон, иногда на целых 10-20 ° F, что приводит к неоднородной плотности и слабым местам.

Другая проблема, связанная с горячим бетоном, связана с испарением воды. Как хорошо известно большинству людей, испарение воды происходит намного быстрее при более высоких температурах, чем при более низких.Таким образом, по мере повышения температуры бетона испаряется все больше и больше воды. К сожалению, поскольку процесс гидратации цемента зависит от воды, это может создать серьезные проблемы и может помешать полной гидратации части цемента.

Промышленное применение особенно уязвимо к высоким температурам бетона

Промышленные установки являются одними из наиболее уязвимых для проблем, связанных с высокими температурами бетона. Это связано с тем, что в промышленных условиях часто требуется заливка больших объемов, что, как обсуждалось выше, часто приводит к более высоким температурам бетона и потенциально неоднородной плотности, а также к снижению прочности на разрыв и производительности.Другая причина того, что промышленные установки особенно уязвимы для проблем прочности, связанных с высокими температурами бетона, заключается в том, что промышленные установки требуют для начала очень прочного бетона. Таким образом, любая слабость может оказаться катастрофической в ​​промышленных условиях, тогда как в условиях низкого спроса это может не оказаться проблематичным. В промышленных условиях безопасность и целостность всего объекта часто зависят от характеристик и прочности бетона.

Факторы, влияющие на температуру бетона

На температуру бетона наиболее существенно влияет вода, используемая в процессе гидратации.Таким образом, методы охлаждения бетона часто включают охлаждение воды для затворения перед гидратацией. Однако температура цементных заполнителей также важна, и за счет предварительного охлаждения заполнителей также можно достичь более низких температур гидратации. Другой метод охлаждения бетона — это барабанное охлаждение, которое включает охлаждение бетонной смеси по мере ее гидратации. Естественно, многие системы охлаждения бетона используют эти методы в сочетании друг с другом для достижения максимальной производительности.

Semco — лидер отрасли в производстве промышленных систем охлаждения, в том числе для охлаждения бетона.Наши системы могут быть полностью адаптированы к конкретным потребностям и предпочтениям каждого из наших клиентов. Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации об охлаждении бетона.

Какова максимальная температура бетона при заливке на стройплощадке?

Максимальная температура, при которой бетон можно укладывать и выдерживать, зависит от расчетной смеси бетона. Бетон можно производить в жаркую погоду без максимальных ограничений по температуре укладки, и он будет работать удовлетворительно, если соблюдаются надлежащие меры предосторожности при дозировании, производстве, доставке, укладке и отверждении.В рамках этих мер предосторожности следует сделать все возможное, чтобы температура бетона была минимальной.

Но пределы температуры бетона устанавливаются для проверки того, что производится высококачественный бетон с указанными требованиями. Температурные ограничения меняются в зависимости от типа элементов и условий работы.

Причины ограничения температуры

Высокие температуры также влияют на прочность бетона на сжатие. При температуре выше 100 ° C цементное тесто начинает обезвоживаться (теряет химически связанную гидратную воду), что постепенно ослабляет сцепление пасты и пастообразного заполнителя.

На поведение бетона при высоких температурах влияет несколько факторов, включая скорость повышения температуры, а также тип и стабильность заполнителя. Резкие перепады температуры могут вызвать растрескивание и растрескивание из-за теплового удара, а расширение заполнителя также может вызвать повреждение бетона.

Высокое содержание воды приводит к более низкой прочности, высокой проницаемости, большей усадке, более низкому содержанию воздуха при заданной воздушной смеси.

Максимальные пределы температуры

Идеальная температура для заливки цемента должна составлять от 24 до 32 ºC. Но ASTM C 1064-86 устанавливает максимальный предел от от 27 до 35 ° C. При повышении температуры на 35 ° C рекомендуется использовать ледяную воду для предотвращения образования усадочных трещин.

Примечание : — Бетон, уложенный и выдержанный при умеренной температуре 17–26 ° C получит более высокую прочность и долговечность

Контроль температуры бетона, несомненно, будет полезным. Бетон менее подвержен образованию трещин. Трещины возникают из-за нагрева. Тепло производится в результате протекающих химических реакций и внешних факторов.

ВЛИЯНИЕ ХОЛОДНОЙ ПОГОДЫ НА БЕТОН

Воздействие холода на бетон, при отсутствии специальных мер предосторожности, может быть следующим:

a) Задержка схватывания — Когда температура падает примерно до 5 ° 0 или ниже, развитие прочности бетона замедляется по сравнению с развитием прочности при нормальных температурах. Таким образом, период твердения, необходимый перед снятием опалубки, увеличивается, и опыт бетонирования при нормальной температуре не может быть использован напрямую.

b)) Замерзание бетона в раннем возрасте — Когда бетон подвергается воздействию отрицательной температуры, существует риск того, что бетон получит непоправимые 1011 или прочность и другие качества, то есть может повыситься проницаемость и ухудшиться долговечность.

c) Многократное замораживание и оттаивание бетона — Если бетон подвергается многократному замораживанию и оттаиванию после окончательного схватывания и в течение периода твердения, конечные качества бетона также могут быть ухудшены.

d) Напряжения из-за разницы температур — Общеизвестно, что большие перепады температур внутри бетонного элемента могут способствовать растрескиванию и отрицательно сказаться на долговечности. Такие перепады могут возникать в холодную погоду во время снятия изоляции формы

.

Лучшие практики для бетонирования в жаркую погоду

Факторы окружающей среды, особенно жаркие погодные условия, влияют на свойства бетона и строительные операции по смешиванию, транспортировке и укладке бетонных материалов.

Понимая, как эти факторы — тепло, влажность и даже ветер — влияют на отверждение бетона, производители могут корректировать состав смеси и компенсировать различные другие способы, чтобы поддерживать высокие стандарты качества и избегать проблем с готовым продуктом.

Что такое бетонирование в жаркую погоду?

ACI определяет бетонирование в жаркую погоду как «одно или комбинацию следующих условий, которые имеют тенденцию ухудшать качество свежезамешенного или затвердевшего бетона, ускоряя скорость потери влаги и скорость гидратации цемента, или вызывая иным образом неблагоприятные результаты: высокая температура окружающей среды; высокая температура бетона; низкая относительная влажность; и высокая скорость ветра.”

Хотя проблемы с жаркой погодой чаще всего возникают летом, климатические условия с сильным ветром, низкой относительной влажностью и солнечной радиацией могут возникнуть в любое время, особенно в более теплом климате. Таким образом, бетонирование в жаркую погоду — это любой период с высокой температурой, при котором необходимо соблюдать особые меры предосторожности для обеспечения надлежащего обращения с бетоном, его укладки, отделки и отверждения.

Бетонирование в жаркую погоду — это любой период высокой температуры, при котором необходимо соблюдать особые меры предосторожности для обеспечения надлежащего обращения с бетоном, его укладки, отделки и твердения. .

Точная температура, при которой следует соблюдать особые меры предосторожности, варьируется. По словам Джека Холли, ветерана бетона с 45-летним стажем, 80 ° F (27 ° C) — хороший ориентир для использования. Обычно это температура, которая начинает влиять на эффективность цементной системы.

Скорость испарения является более точным индикатором жарких погодных условий для бетона — когда скорость испарения превышает 0,20 фунтов на квадратный фут / час (1 кг / м 2 / час), требуются меры предосторожности.

Выявление проблем с бетоном для жаркой погоды

Жаркие погодные условия могут привести к проблемам при смешивании, укладке и отверждении гидроцементного бетона, что может отрицательно повлиять на свойства и удобство эксплуатации бетона.Если меры предосторожности не будут эффективно реализованы в жаркую погоду, бетон может быть поврежден из-за растрескивания из-за пластической усадки, термического растрескивания и снижения 28-дневной прочности.

В свежеприготовленном состоянии к основным проблемам, возникающим в жарких погодных условиях, относятся:

  • Повышенная потребность в воде, что снижает водоцементное соотношение.
  • Повышенная потеря осадки, приводящая к необходимости добавлять воду на стройплощадке.
  • Ускоренное время схватывания, что создает проблемы при транспортировке, уплотнении и окончательной обработке, а также увеличивает риск образования холодных швов.
  • Повышенная вероятность пластической усадки и термического растрескивания, в основном из-за испарения воды с поверхности укладки.
  • Трудности с контролем содержания воздуха — в зависимости от цементирующей системы и пакета добавок может образовываться гель, вызывающий разрыв пузырьков воздуха, что снижает содержание воздуха.
  • Необходимость в быстром затвердевании и ранней резке бетона. Бетон, отвержденный при высоких температурах в раннем возрасте, не будет таким же прочным в более позднем возрасте, как бетон, отвержденный при более благоприятных температурах.

После затвердевания бетона проблемы, вызванные жаркой погодой, невозможно полностью устранить. Таким образом, недостатки затвердевшего бетона часто включают:

  • Повышенный потенциал усадки при сушке и дифференциального термического растрескивания в результате охлаждения всей конструкции или разницы температур в поперечном сечении плиты.
  • Пониженная прочность на сжатие из-за повышенного водопотребления.
  • Повышенная вероятность образования холодных швов, разницы в цвете или других изменений внешнего вида поверхности.Это происходит из-за разной скорости гидратации или разного соотношения водоцементного материала (Вт / см).
  • Пониженная водонепроницаемость и долговечность из-за растрескивания.

Минимизация воздействия жаркой погоды

Ключом к успешному бетонированию в жаркую погоду является планирование как внутренних процессов на заводе, так и внешних процессов на стройплощадке.

Убедитесь, что бригады должным образом обучены работе с бетоном в жарких погодных условиях.Если ваша команда не знает о различных добавках для контроля гидратации или о влиянии добавок в жаркую погоду, проконсультируйтесь с вашим поставщиком добавки и с поставщиком цемента, чтобы узнать о передовых методах для вашего сценария смешивания.

Рекомендуется применять совместный подход к бетонированию в жаркую погоду. Проводите встречи с подрядчиками и конечным заказчиком, чтобы все знали о рисках, включая возможность пластической усадки и т. Д. Таким образом, если в будущем возникнут проблемы, ожидания уже будут оправданы.

Передовой опыт на предприятии

Самая важная мера предосторожности в жаркую погоду — увлажнение бетонных заполнителей, которые являются сухими и впитывающими. Можно использовать обычные оросители. Если у вас есть емкость и место во дворе, лучше смочить заполнитель на ночь перед использованием, чтобы у вас была возможность слить его перед использованием. Это вернет влажность к контролируемому уровню и позволит избежать проблем с контролем проседания.

Используйте проверенную формулу для постоянного контроля температуры, поддерживая низкую температуру бетона за счет охлаждения заполнителей и воды для смешивания — вы даже можете использовать лед для воды для смешивания.В очень теплом климате подумайте об инвестициях в охлаждение жидким азотом. Это в основном рекомендуется для крупносерийного производства — если вы делаете всего пару размещений в неделю, это может оказаться неэффективным с точки зрения затрат.

Следите за оборотами барабана, чтобы избежать чрезмерного перемешивания, но поверните барабан как минимум на 70–100 оборотов со скоростью перемешивания, указанной производителем.

Лучшие практики на рабочем месте

Во-первых, ограничьте время прохождения бетона, которое включает время, в течение которого бетон фактически находится на строительной площадке в ожидании использования.Работайте с подрядчиком, чтобы согласовать сроки доставки, чтобы обеспечить бесперебойную поставку, и избегайте того, чтобы грузовики сидели на месте с бочками, дрожащими от палящего солнца.

Замедляющие агенты или добавки, стабилизирующие гидратацию, великолепны, но они требуют, чтобы вы провели собственное тестирование, чтобы вы могли быть уверены, на что они способны. Помните, цель состоит не в том, чтобы замедлить бетон, а в том, чтобы контролировать схватывание до тех пор, пока бетон не будет на месте.

Практикуйте быструю выгрузку из грузовиков, чтобы у бетона было меньше времени на реакцию перед укладкой.Смочите область нагнетания для дополнительного охлаждения и убедитесь, что область затенена. Если подрядчик может сначала установить крышу, это идеальный сценарий. В противном случае установите временные солнцезащитные козырьки, чтобы снизить температуру поверхности бетона. Защитите бетон временными покрытиями, такими как полиэтиленовая пленка, во время любых значительных задержек между укладкой и отделкой. Также установите временные ветрозащитные полосы, чтобы уменьшить скорость ветра над бетонной поверхностью.

Немедленно отвердите плиту. На настилах мостов или эстакад, где существует высокий потенциал испарения, белому отвердевшему составу требуется время, чтобы стать мембраной.Распылите его сразу после завершения обработки и накройте влажной мешковиной. Использование отвердителей с белыми пигментами помогает улучшить покрытие, а также помогает отражать тепло от бетонной поверхности.

Наконец, защитите свои испытательные цилиндры. Они должны быть постоянно влажными и иметь температуру от 60 ° F (16 ° C) до 80 ° F (27 ° C) для принятия или отклонения. Водяные бани очень эффективны для этого, но следите за температурой воды и не помещайте слишком много баллонов в одну водяную баню.

Краткое изложение передовой практики

На заводе На рабочем месте
• Увлажняющие агрегаты
• Мониторинг температуры
• Используйте лед для смешивания воды
• В очень теплом климате
рассмотрите возможность инвестирования в охлаждение жидким азотом
• Контролировать обороты барабана
• Для специальных смесей могут потребоваться дополнительные меры предосторожности
• Ограничить время в пути
• Используйте замедлители
• Практикуйте быструю разгрузку
• Смочите зону разгрузки
• Используйте тени и ветрозащитные экраны
• Вылечите ASAP
• Защитите цилиндры

Хотя вам, скорее всего, не потребуется принимать все рекомендуемые меры предосторожности, описанные в этой статье, каждый сценарий жаркой погоды должен быть проанализирован индивидуально квалифицированным персоналом, который должен найти оптимальное сочетание качества, осуществимости и рентабельности.

CarbonCure и жаркая погода

CarbonCure уже много лет используется в жарких погодных условиях. Это не повлияет ни на одну из проблем, описанных выше, и не предотвратит их. В то время как CO 2 является охлаждающим материалом, технология CarbonCure использует только очень небольшое количество CO 2 — недостаточно значительное, чтобы изменить температуру бетона.

Хотите узнать больше? Попросите нас прислать вам запись нашего недавнего вебинара по этой теме с участием Джека Холли и Дайан Праухт из CarbonCure.


Поделиться

Термический удар бетона

Кайла Хансон, П.Е.

Температурные перепады могут иметь широкое и разнообразное влияние на свойства бетона.

Лето, наконец, наступило, а вместе с ним и теплая погода, плотный график, работа во дворе, время в бассейне и… мурашки по коже? В жаркий летний день волосы на руках могут встать дыбом. Когда наши тела испытывают разницу температур, из-за которой нам становится холодно, например, при выходе из бассейна или при беге через спринклер, мы выделяем адреналин.Адреналин заставляет крошечные мышцы под кожей сокращаться, что приводит к появлению неровностей, которые мы обычно называем мурашками по коже. Так же, как колебания температуры могут сотрясать наши тела, они могут сотрясать бетон.

На заводе

Wieser Concrete Products в Мейден-Рок, штат Висконсин, для хранения инертных материалов используются отапливаемые закрытые бункеры. Затем используется конвейер для транспортировки заполнителя под землей на завод, чтобы поддерживать постоянную температуру в течение всего года. (Фото предоставлено Wieser Concrete Products)

Понимание влияния температуры

Температура — это сложное термодинамическое свойство, которое обычно рассматривается как простое одномерное измерение в градусах Фаренгейта или Цельсия.Температура влияет на нас в субъективном смысле, а также влияет на свойства материалов в объективном масштабе. Физические свойства материала, включая плотность, объем, проводимость, давление, скорость химических реакций и даже скорость звука, зависят от температуры. Сборный железобетон ничем не отличается, и качественный сборный железобетон во многом зависит от соответствующей температуры отверждения.

Разница температур — разница температур между двумя указанными точками — играет важную роль в процессе производства.Они существуют между сырьем, а также между бетоном и закладными элементами, бетоном и формовочным оборудованием, бетоном и окружающим воздухом и даже между различными областями единой бетонной массы. Кетан Сомпура, директор по бетонным технологиям в Sika Corp., сказал, что наибольший фактор, способствующий термическому удару и термическому растрескиванию в бетоне, — это разница температур между поверхностью и внутренней частью.

Precasters также должны учитывать температурный градиент. Изделие, которое теряет свою форму через 24 часа после заливки, может казаться прохладным на ощупь, но температурный градиент существует временно, поскольку температура бетона увеличивается ближе к центру массы.

Быстрый старт, медленное завершение

Температура свежего бетона или даже «зеленого» сухого бетона зависит от составляющих материалов, температуры окружающей среды, смесительного оборудования, формовочного оборудования и процедур уплотнения. Контроль этого обычно важен, поскольку реакции гидратации цемента, время схватывания, увеличение прочности на сжатие, удобоукладываемость и объем бетона в значительной степени зависят от температуры в дополнение к воздухововлечению и потребности в воде.

В целом, более высокие температуры в течение первых нескольких дней отверждения способствуют более быстрому набору прочности, но могут снизить прочность через 28 дней.Например, если все остальные факторы поддерживаются постоянными при оптимальной влажности 80% и без специальной внешней обработки, скорость гидратации цемента в раннем возрасте и прочность бетона на сжатие неуклонно возрастают при сравнении температур отверждения 73, 90, 105 и 120 градусов F.

Прочность бетона продолжает расти на протяжении всего срока службы продукта, так как оставшийся цемент гидратируется. Тем не менее, темп развития силы замедляется, приближаясь к 28 дням, и снижается к 36 дням. Насколько замедляются скорости, зависит от температуры отверждения, поэтому со временем вещи переворачиваются, и бетон, отвержденный при более низких температурах, будет иметь более высокие значения прочности на сжатие, чем бетон, отвержденный при более высоких температурах (рис. 15-11 PCA).

Рисунок 15-11. Однодневная прочность увеличивается с увеличением температуры отверждения, но 28-дневная прочность уменьшается с увеличением температуры отверждения (Verbeck and Helmuth, 1968).

Однако, если температура становится слишком низкой, возникает другой набор проблем. Скорость гидратации снижается по мере снижения температуры и прекращения гидратации и повышения прочности на сжатие ниже 32 F.

Низкий уровень низких температур

Перед воздействием отрицательных температур бетон должен достигнуть давления 500 фунтов на квадратный дюйм.Это значение прочности на сжатие считается минимально приемлемой точкой, при которой гидратирующая цементная паста становится достаточно прочной, чтобы противостоять напряжениям, приложенным к ней от расширяющейся замерзающей поровой воды. Бетон, который замерзает до достижения 500 фунтов на квадратный дюйм, может развить всего 50% от предполагаемой предельной прочности. Последствия раннего замораживания необратимы. ACI 306, «Руководство по бетонированию в холодную погоду», описывает меры предосторожности, процедуры и рекомендации при производстве бетона в холодную погоду. Раздел 4.4.7 Руководства по контролю качества NPCA для заводов по производству сборных железобетонных изделий говорится: «В холодную погоду температура бетона во время укладки не должна быть ниже 45 градусов по Фаренгейту».

Sompura рекомендует предприятиям по производству сборного железобетона, расположенным в более холодном климате, предотвращать термический шок в бетоне, выполнив следующие действия:

  • Контроль максимальной внутренней температуры.
  • Изолируйте поверхность бетона , чтобы обеспечить постепенное охлаждение.
  • Покрытие сборных изделий для уменьшения перепада температур в бетоне разной толщины.

«Температура бетона должна быть достаточно высокой, чтобы предотвратить замерзание бетона до достижения окончательного схватывания», — сказал Сомпура. «Это основная проблема, когда бетон размещается на открытом воздухе».

Другие доступные варианты включают использование добавок, ускоряющих схватывание, нагретой воды для смешивания, нагретых форм, высокопрочного цемента или ускоренного отверждения.

Повышение температуры

С другой стороны, при бетонировании в жаркую погоду необходимо учитывать особые тепловые характеристики.Склады сухого заполнителя можно обработать водой для обеспечения надлежащего содержания влаги перед загрузкой, вместо воды комнатной температуры можно использовать ледяную или охлажденную воду для смешивания, а также добавки, замедляющие схватывание, или цемент с низкой теплотой гидратации. ACI 305, «Руководство по бетонированию в жаркую погоду», описывает меры предосторожности, процедуры и рекомендации при производстве бетона в особенно теплую и сухую погоду. В разделе 4.4.6 Руководства по контролю качества NPCA для заводов сборного железобетона говорится: «В жаркую погоду температура бетона во время укладки не должна превышать 90 градусов по Фаренгейту.”

Производственные процедуры, не адаптированные к условиям окружающей среды, могут нанести непоправимый ущерб бетону. Определенные условия, такие как высокая температура бетона, высокая температура окружающей среды, ветер и низкая влажность, могут привести к тому, что вода у поверхности бетона будет испаряться быстрее, чем она может быть восполнена за счет подъема стекающей воды. Этот процесс приводит к быстрой усадке при высыхании, растягивающим напряжениям и, в свою очередь, к образованию трещин пластической усадки или растрескивания. Трещины из-за пластической усадки, обычно неправильной формы и короткой длины, обычно возникают на неформованных поверхностях вскоре после укладки или отделки.Крейзинг выглядит как более связная, но нерегулярная сеть очень мелких трещин.

Сомпура сказал, что меры предосторожности, предпринимаемые заводами по производству сборного железобетона в более теплую погоду, в чем-то похожи на меры, указанные для заводов, расположенных в более холодном климате. Он рекомендует растениям делать следующее для предотвращения теплового шока:

  • Минимизируйте разницу температур между бетонной опалубкой и бетоном.
  • Используйте дополнительные вяжущие материалы , такие как летучая зола и, по возможности, цемент типа I для контроля температуры бетона.
  • Распылите воду на заполнители , чтобы контролировать внутреннюю температуру бетона и поддерживать соответствующее содержание влаги в заполнителе.
Правильное лекарство

Производители сборного железобетона часто используют методы ускоренного твердения, особенно в холодную погоду. Ускоренное отверждение обычно включает в себя воздействие пара или тепла и влаги на продукты, заключенные в занавески или брезент, в течение определенного периода времени и при строго регулируемой температуре.

Чтобы избежать нарушения гидратации и раннего развития прочности, бетон должен достичь начального схватывания перед применением любой формы ускоренного отверждения. Достижение начального схватывания, которое проверяется в соответствии со стандартом ASTM C403, «Стандартный метод испытаний для определения времени схватывания бетонных смесей по сопротивлению проникновению», гарантирует, что затвердевающий бетон развил достаточную прочность, чтобы выдерживать термические напряжения, возникающие в результате воздействия пара и тепла.

Клей Скотт, помощник менеджера по контролю качества Forterra Pipe & Precast в Остине, штат Техас, объяснил, что на его заводе паровая отверждение используется для поддержания соответствующих условий отверждения для сухого литья труб и коробчатых изделий в зимние месяцы, а запотевание используется в течение зимних месяцев. летние месяцы.

«Как только одна (зона отверждения) заполнена и производство закончило свою работу, они опускают занавес», — сказал Скотт. «Он поддерживает влажность трубы и поддерживает температуру отверждения до тех пор, пока на следующее утро не поднимут занавеску. За температурой отверждения следят, чтобы убедиться, что она не повышается слишком быстро ».

Условия отверждения, особенно при использовании процедур ускоренного отверждения, должны тщательно регулироваться для поддержания идеальной среды. Независимо от метода отверждения, температура окружающей среды должна постоянно оставаться ниже 150 F, чтобы снизить вероятность отложенного образования эттрингита.Температура окружающей среды также не должна повышаться или понижаться более чем на 40 F в час. Поддержание надлежащей температуры помогает избежать сотрясения бетона или прерывания гидратации и развития прочности. Также необходимо соблюдать осторожность при использовании газовых обогревателей для отверждения продуктов. Чтобы предотвратить сильную карбонизацию бетона, нельзя использовать источник тепла непосредственно на открытых бетонных поверхностях.

Продолжительное воздействие температуры

В затвердевшем бетоне свойство материала, на которое больше всего влияет температура, — это объем.Когда температура объекта увеличивается, атомы внутри него вибрируют быстрее и заставляют материал расширяться. И наоборот, когда температура объекта снижается, атомы замедляются и заставляют материал сжиматься. Подумайте, как двери могут свободно открываться и закрываться зимой, но оставаться в них в жаркие летние месяцы. Действует тот же принцип.

Коэффициент теплового расширения материала (α) показывает, как он будет реагировать на изменение температуры. Материалы со сравнимым α демонстрируют аналогичные вызванные температурой изменения длины и объема, что сводит к минимуму термические напряжения между ними.Напротив, материалы с разными значениями α демонстрируют очень разные изменения длины и объема. Когда эти изменения происходят в замкнутых пространствах и не могут быть устранены, возникают значительные напряжения, приводящие к растрескиванию.

Значения α для бетона и стали показывают, что при определенном изменении температуры образец каждого из них такого же размера будет демонстрировать аналогичное изменение, но вода изменится в 6 раз больше, чем бетон.

В любом случае температура бетона и температура окружающей среды должны поддерживаться на соответствующем уровне во время смешивания, заливки, отделки и отверждения.