Набор прочности бетона в зависимости от температуры снип: график по суткам, график температур

Содержание

От чего зависит и как быстро происходит набор прочности бетона. Причины почему бетон не набирает прочность Посему не набрал прочность бетон

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

Процесс набора

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

Схватывание

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

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

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

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

Твердение

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

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

Особенности набора прочности

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

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

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

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

От чего зависит набор прочности?

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

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

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

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

Возведение конструкций различной конфигурации и назначения предполагает заливку фундамента. Поэтому многие строители, преимущественно начинающие, интересуются тем, каково же время набора прочности бетона. Сразу стоит отметить, что этот процесс зависит от многочисленных моментов, среди которых не только условия окружающей среды, но и составляющие самого раствора, используемого для заливки фундамента.

В этой статье мы попробуем разобраться, как набирает прочность бетон и есть ли методы ускорения этого процесса.

В чем суть процесса?

Условно, он делится на 2 этапа:

  1. Схватывание. Этот этап происходит в течение первых 24 часов после замешивания основы. Время схватываемости раствора зависит от показателей температуры в помещении или на улице. И если обеспечить должные условия, то можно ускорить схватывание бетонной массы.
  2. Твердение. Как только основа схватится, то наступает затвердение. Как ни странно, но затвердевание фундамента продолжается в течении 12-24 месяцев. При этом заявленные производителем значения, при обеспечении благоприятных условий, определяется на 28 день после заливки.

Интересно, что во многих источниках можно найти, от чего зависит кинетика набора прочности — температур, время. влажность, качество ингредиентов. Но мало где найдешь ответ на вопрос, за счет чего бетон набирает прочность? Это происходит в процессе гидратации цемента.

В сухом материале присутствуют 4 основных элемента:

  • аллит;
  • белит;
  • трехкальциевый алюминат;
  • четырехкальциевый аллюмоферрит.

Первым при замесе в реакцию вступает аллит, но это самый хрупкий минерал. Далее идут алюминаты и алюмоферриты. Последним в реакцию вступает белит, он же и дает необходимую прочность. При этом он гидратируется постепенно, ежегодно набирая нужные параметры. Даже спустя 50 лет процесс гидратации идет, соответственно, все это время бетон продолжает набирать прочность.

Процесс гидратации цемента начинается с момента смешения с водой и продолжается в течение долгого времени

Что же касается именно бетона, то его параметры зависят от степени гидратации цемента. Если речь идет о низкой степени, то спустя 4 недели она достигнет искомых 90%. В высокопрочном составе через это же время будет только половина (до 49%), и в дальнейшем с течением времени она будет только нарастать. В среднем за 3-5 лет прирост составляет порядка 60%.

Что влияет на вызревание фундамента

Как было сказано ранее, на то, сколько бетон набирает прочность, влияет целый ряд нюансов, к основным из которых относится:

  • температурные условия окружающей среды;
  • уровень влажности в месте, где производится заливка основы;
  • марка цемента;
  • время.
Температурные условия

Набор прочности бетона в зависимости от температуры окружающей среды, это актуальный вопрос для большинства людей, которые собственными силами занимаются заливкой фундамента. Тут стоит запомнить одно главное правило: чем холоднее на улице или в помещении, где проводится бетонирование поверхности, тем больше время твердения.

При температуре ниже 0°С укрепление основы приостанавливается и, как следствие, срок набора прочности увеличивается на неопределенное время. Порой достижение заявленных производителем прочностных характеристик происходит спустя несколько лет. Это когда процесс происходит в северных регионах. Такое явление обусловлено тем, что вода, имеющаяся в цементной массе, замерзает. А поскольку за счет влаги обеспечивается необходимая для процесса гидратация, то и затвердевание, так сказать, «замораживается».

Но как только на улице начнет теплеть и станет выше нулевой отметки, твердение продолжится. И так далее. Так выглядит набор прочности бетона в зависимости от температуры.

Теплые погодные условия «активизируют» и ускоряют твердение цементной основы. Скорость твердения бетона в зависимости от температуры прямо пропорциональна увеличению показателей окружающей среды. Так, при 40°С заявленные производителем показатели достигаются через 7-8 дней. Именно по этой причине многие опытные специалисты рекомендуют проводить заливку бетонного фундамента на приусадебном участке в жаркую погоду, за счет чего требуется гораздо меньше времени на организацию всего строительного процесса в целом, нежели в случае с заливкой фундамента в более холодную погоду.

Зимой, как только температура опускается до отметки 0 градусов, процесс гидратации полностью прекращается

Но даже в этом случае не стоит «пережаривать» бетон — пока нижние слои схватятся, верхние начнут трескаться. Это не добавляет ни эстетики, ни твердости. При проведении работ в жаркое время поверхность 2-3 раза в день обильно поливают водой и накрывают целлофаном.

За сколько бетон набирает прочность в зимнее время года? По сути, возведение фундамента зимой — это трудоемкий процесс, который требует использования специального оборудования для регулярного прогрева цементной массы с целью ускорения процесса его затвердевания.

При работе с бетонной массой с целью ускорения ее затвердевания нагрев свыше 90°С недопустим. Это может привести к растрескиванию будущей поверхности.

Для того, чтобы понять каким образом температура влияет на процесс затвердевания, можно изучить график набора прочности бетона. Это позволит визуально разобраться в данном явлении. График набора состоит из линий, которые выстроены на основании данных, собранных для цемента М400 при разном режиме.

График твердения бетона позволяет определить, какое процентное соотношение от марочных показателей будет достигнуто через некоторый временной промежуток. Проще говоря, по этим линиям можно узнать, сколько дней масса набирает марочное значение твердости при той или иной температуре.

Время

С целью определения оптимального, можно даже сказать, безопасного срока начала проведения строительных работ зачастую берется во внимание таблица набора прочности. По ней можно с легкостью определить за какое время застынет фундамент, приготовленной из той или иной марки цемента. Поэтому опытные специалисты всегда и пользуются подобными информационными таблицами.

Уход за бетоном

Стоп-халтура!
Очень и очень многие дачные строители думают, что следующая важная операция после окончания укладки бетона в опалубку — это распалубка и наслаждение результатами своего труда. На самом деле это не так. После окончания укладки бетона в опалубку начинается следующий серьезный строительный технологический процесс — уход за бетоном. С помощью создания оптимальных условий для гидратации в процессе ухода за бетоном достигается планируемая марочная прочность бетонного камня. Отсутствие этапа ухода за бетоном может привести к деформациям, возникновению трещин и уменьшению скорости набора прочности бетоном.
Уход за бетоном — это комплекс мероприятий по созданию оптимальных условий для выдерживания бетона до набора установленной марочной прочности. Основные цели ухода за бетоном:

  • Минимизировать пластическую усадку бетонной смеси;
  • Обеспечить достаточную прочность и долговечность бетона;
  • Предохранить бетон от перепадов температур;
  • Предохранить бетон от преждевременного высыхания;
  • Предохранить бетон от механического или химического повреждения.

Уход за свежеуложенным бетоном начинается сразу же после окончания укладки бетонной смеси и продолжается до достижения 70 % проектной прочности [пункт 2.66 СНиП 3.03.01-87] или иного обоснованного срока распалубки .
По окончании бетонирования необходимо осмотреть опалубку на предмет сохранения заданных геометрических размеров, течей и поломок. Все выявленные дефекты следует устранить до начала схватывания бетона (1-2 часа от укладки бетонной смеси). Твердеющий бетон необходимо предохранять от ударов, сотрясений и любых других механических воздействий.
В начальный период ухода за бетоном, сразу же после окончания его укладки во избежание размыва и порчи его поверхности, бетон следует укрыть полиэтиленовой пленкой, брезентом или мешковиной.
Особенно тщательно следует сохранять температурный и влажностный режим твердения бетона. Нормальная влажность для твердения это 90-100% в условии избытка воды. Как показано выше в таблице № 52 набор прочности в условиях влажности существенно увеличивает итоговую прочность цементного камня.

При преждевременном обезвоживании (которое также может произойти при утечке цементного молока из негидроизолированной опалубки) бетон получает недостаточную прочность поверхностей, склонность к отслаиванию песка от бетона, увеличенное водопоглощение, сниженную устойчивость против атмосферных и химических воздействий. Также при преждевременном обезвоживании возникают ранние усадочные трещины, и возникает опасность последующего образования поздних усадочных трещин. Преждевременные усадочные трещины образуются в первую очередь вследствие быстрого уменьшения объема свежеуложенного бетона на открытых участках поверхности за счет испарения и выветривания воды. При высыхании бетона он уменьшается в объеме и дает усадку. В результате этой деформации возникают структурные и внутренние напряжения, которые могут привести к трещинам. Усадочные трещины появляются сначала на поверхности бетона, а затем могут проникать вглубь. Поэтому необходимо позаботиться об отсроченном высыхании бетона. Оно должно начаться только тогда, когда бетон наберет достаточную прочность, чтобы выдерживать усадочное напряжение без образования трещин. При образовании ранних трещин, когда бетон еще остается пластичным, образующиеся усадочные трещины можно закрыть с помощью поверхностной вибрации.
Высыхание бетона ускоряется на ветру, при пониженной влажности и при температуре воздуха ниже, чем температура твердеющего бетона. Поэтому поверхность бетона надо предохранять от высыхания в период ухода за бетоном. После того как бетон наберет прочность 1,5 МПа (примерно 8 часов твердения) нужно регулярно увлажнять поверхность бетона водой путем рассеянного полива (не струей!). Можно укрыть поверхность мешковиной, брезентом или опилками и смачивать их водой, укрывая сверху полиэтиленовой пленкой, создавая условия по типу влажно-высыхающего компресса. Увлажнение бетона не проводится при среднесуточных температурах ниже +5°С. При угрозе промерзания бетон можно укрыть дополнительно теплоизолирующими материалами (пенопластом, минеральной ватой, ветошью, сеном, опилками и т.п.).
Даже если постоянное увлажнение бетона водой невозможно, бетон следует укрыть полимерной пленкой толщиной не менее 0,2 мм (200 микрон). Полотнища пленки должны быть уложены максимально возможными цельными кусками с минимум швов. Соединяют полотнища пленки внахлест с перекрытием в 30 см с проклейкой клейкой лентой. Кромки пленки должны плотно прилегать к бетону, чтобы минимизировать испарение воды из-под пленки.
Во избежание повреждения свежеуложенного бетона движущими грунтовыми водами необходимо оградить его от размывания до достижения прочности не ниже 25% (1-5 суток в зависимости от условий при положительной температуре).
Срок окончания ухода за бетоном совпадает со сроком его безопасной распалубки.

Таблица №69. Относительная прочность бетона на сжатие при различных температурах твердения

Бетон

Срок
твердения,
суток

Среднесуточная температура бетона, °С

прочность бетона на сжатие % от 28-суточной

М200 — М300 на
портландцементе
М-400, М-500

*Условно безопасный строк начала работ на фундаменте.

Уход за бетоном и температурный режим

Температура свежеприготовленной бетонной смеси не должна превышать 30 °C. При бетонировании при среднесуточной температуре воздуха от + 5°C до — 3°C, температура бетонной смеси при массе цемента более 240 кг /м3 (марка бетона М200 и выше) должна быть не менее +5°C, а при меньшем количестве цемента не менее +10°C.
Безопасное бетонирование при температуре воздуха менее — 3°C и однократное замораживание бетона и его оттаивание возможно только тогда, когда температуру бетонной смеси как минимум в течение 3 дней поддерживалась на уровне не ниже + 10 °C.

Бетонирование при холодной погоде

При холодной погоде наблюдается замедление схватывания и нарастания прочности бетона. При среднесуточной температуре + 5 °C требуется в два раза больше времени, чтобы бетон достиг такой же прочности, как при температуре +20 °C. При температуре, близкой к температуре замерзания, набор прочности бетона практически прекращается. Если свежий бетон замерзает, то его структура может разрушиться. Неиспользованная при гидратации цемента избыточная вода образует в твердеющем бетоне систему капиллярных пор.
При воздействии мороза вода, находящаяся в порах, полностью или частично замерзает, а образуемый в результате замерзания лед оказывает давление на стенки пор, которые могут привести к разрушению их структуры. Замерзание бетона в раннем возрасте влечет за собой значительное понижение его прочности после оттаивания и в процессе дальнейшего твердения по сравнению с нормально твердевшим бетоном. Это происходит из-за разрыва кристаллами льда связей между поверхностью зернистого заполнителя и цементным клеем (цементным камнем).
Устойчивости свежеуложенного бетона к замерзанию можно добиться специальным составом бетонной смеси и требуемыми сроками твердения бетона при положительной температуре.

Таблица №70. Время твердения бетона, необходимое для достижения достаточной стойкости к замерзанию (директива RILEM*)

Температура бетона (среднесуточная температура)

Класс прочности цемента

5 °C

12 °C

20 °C

Необходимое время твердения (дни) для достижения устойчивости к замерзанию бетона с водоцементным отношением 0,60

М400 Д20
32,5
Н
(32,5N)

32,5R
(быстротвердеющий)

4
2,5N

45
,5R
(быстротвердеющий)

*Международный союз лабораторий и экспертов в области строительных материалов, систем и конструкций.

Таблица № 71 Время твердения бетона, необходимое для достижения достаточной стойкости к замерзанию *

Класс (марка) бетона

Прочность бетона монолитных конструкций к моменту замерзания, %

Количество суток выдержки бетона при температуре бетона

В7,5-В10 (М100)

В12,5-В25
(M150 —
М
350)

В30 (М400) и выше

Бетон в водонасыщенным состоянии с попеременными циклами замораживания

Бетон с противоморозными добавками, рассчитанными на определенную температуру

*Адаптировано с упрощением из таблицы №6 СНиП 3. 03.01-87

К эффективным мерам для производства работ по бетонированию в зимнее время относятся:

  • использование цемента с быстрым набором прочности (литера “R” в классе прочности),
  • повышение содержания цемента в бетонной смеси,
  • снижение водоцементного отношения,
  • предварительный подогрев заполнителей (до + 35°C) и воды (до + 70°C) для бетонной смеси [таблица 6 СНиП 3.03.01-87] ,
  • использование противоморозных и воздухововлекающих добавок.

При применении подогрева бетона нельзя нагревать его до температур выше +30°C. При применении горячей воды с температурой до + 70°C ее предварительно следует смешать с зернистым заполнителем (до введения цемента в бетонную смесь), чтобы не «запарить» цемент. Для этого соблюдают следующую очередность загрузки материалов в бетоносмеситель:

  • одновременно с заполнителем подают основную часть нагретой воды,
  • после нескольких оборотов подают цемент и заливают остальную часть воды,
  • продолжительность перемешивания увеличивают в 1,25 -1,5 раза по сравнению с летними нормами для получения более однородной смеси (минимум 1,5 — 2 минуты),
  • продолжительность вибрирования бетонной смеси увеличивают в 1,25 раза.

При предварительном разогреве бетонной смеси, а также при применении бетона с противоморозными добавками допускается укладывать смесь на неотогретое непучинистое основание (песчаную подушку) или старый бетон, если по расчету в зоне контакта на протяжении расчетного периода выдерживания бетона не произойдет его замерзания [пункт 2.56 СНиП 3.03.01-87]. После укладки бетона и вибрирования, его необходимо укрыть полимерной пленкой и теплоизолирующими материалами (в том числе возможно использование снега), чтобы сохранить выделяющееся тепло при гидратации цемента (на протяжении 3-7 суток в нормальных условиях). При морозах следует построить над фундаментом парник и подогревать его.

Для самодеятельных дачных строителей без опыта можно рекомендовать придерживаться следующего правила: производить бетонные работы при ожидаемых среднесуточных температурах в пределах
28 суток
от момента заливки фундамента ниже
+5
°C
не рекомендуется.

Также следует помнить, что не допускается оставлять малозаглубленные (незаглубленные) фундаменты незагруженными на зимний период
. Если это условие по каким-либо обстоятельствам оказывается невыполнимым, вокруг фунда-ментов следует устраивать временно теплоизоляционные покрытия из опилок, шлака, керамзита, шлаковаты, соломы и других материалов, предохраняющих грунт от промерзания [пункт 6.6 ВСН 29-85]. Выпуски арматуры забетонированных конструкций должны быть укрыты или утеплены на высоту (длину) не менее чем 0,5 м.

Бетонирование при жаркой погоде

Повышение температуры бетона активизирует взаимодействие воды и цемента и ускоряет твердение бетона. С другой стороны, избыточный нагрев бетонной смеси приводит к расширению, которое фиксируется при схватывании бетона и твердении цементного камня. В дальнейшем, при охлаждении бетон сжимается, однако возникшая структура препятствует этому, и в бетоне возникают остаточные напряжения и деформации. Обычно бетон сильнее нагревается с поверхности, поэтому и избыточное напряжение в первую очередь возникает у его поверхности, где могут образовываться трещины. Критический период времени, когда образуются усадочные трещины, часто начинается через час после приготовления бетонной смеси и может продолжаться от 4 до 16 часов.
При прогнозируемой среднесуточной температуре воздуха выше + 25°C и относительной влажности воздуха менее 50% для бетонирования рекомендуется использовать быстротвердеющие портландцементы, марка которых должна превышать марочную прочность бетона не менее чем в 1,5 раза. Для бетонов класса В22,5 и выше допускается применять цементы, марка которых превышает марочную прочность бетона менее чем в 1,5 раза при условии применения пластифицированных портландцементов или введения пластифицирующих добавок [пункт 2.63 СНиП 3.03.01-87]. Либо использовать добавки, замедляющие сроки твердения бетона.
Также разумным может быть укладка бетона в утреннее, вечернее или ночное время при падении температуры воздуха и исключения воздействия на бетонную смесь солнечных лучей.
При бетонировании температура поверхности бетона не должна превышать + 30 +35°C. При появлении на поверхности уложенного бетона трещин вследствие пластической усадки допускается его повторное поверхностное вибрирование не позднее чем через 0,5-1 ч после окончания укладки. В особых случаях для охлаждения бетона можно использовать чешуйчатый лед.
Свежеуложенную бетонную смесь надо защищать от обезвоживания из-за воздействия температуры воздуха, солнечных лучей и ветра. После набора бетоном прочности 0,5 МПа, уход за бетоном должен заключаться в обеспечении постоянного влажного состояния поверхности путем устройства влагоемкого покрытия и его постоянного увлажнения, выдерживания открытых поверхностей бетона под слоем воды или непрерывного распыления влаги над поверхностью конструкций с помощью распылителя для газонов или перфорированного шланга. При этом только периодический полив водой открытых поверхностей твердеющих бетонных и железобетонных конструкций не допускается.
Во избежание возможного возникновения термонапряженного состояния в монолитных конструкциях при прямом воздействии солнечных лучей свежеуложенный бетон следует защищать отражающей (фольгированной) полимерной пленкой или бумагой в комбинации с теплоизолирующими материалами. При использовании деревянной опалубки, ее также нужно постоянно поливать водой.
Особенно актуальны меры по охлаждению твердеющего бетона при минимальном размере сечения фундаментной ленты 80 см и более. В этом случае при гидратации выделяется слишком много тепла и перегрев бетона и последующее образование трещин возможно даже при обычных температурных условиях.

Таблица №72. Мероприятия по уходу за бетоном в зависимости от температуры воздуха.

Мероприятия по уходу за бетоном

Температура воздуха °C

от -3°C до +5°C

от +5°C до +10°C

от +10°C до +15°C

от +15°C до +25°C

>
+
2
5°C

Накрыть пленкой, увлажнять поверхность, увлажнять опалубку, покрыть бетон влагосохраняющим материалом

Да при сильном ветре

Накрыть пленкой, увлажнять поверхность.

Накрыть пленкой, положить теплоизоляцию

Накрыть пленкой, положить теплоизоляцию, устроить парник, подогревать 3 дня до T +10°C

Постоянно поддерживать тонкий слой воды на поверхности бетона

Марка цемента

Среднесуточная t цементной основы, °С

Срок затвердевания по суткам

Показатели твердости бетонной массы на сжатие (% от заявленной)

М200-300, замешанный на портландцементе марки 400-500

В том случае, если нормативно-безопасный срок установлен на отметке в 50%, то самым оптимальным сроком старта строительных работ будет 72-80% от заявленных марочных показателей.

Показатели влажности

Сниженные показатели влажности окружающей среды негативно отражаются на процессе твердения фундаментной базы. При полнейшем отсутствии влаги процесс гидратации практически не происходит, и набор твердости неизбежно останавливается. Именно поэтому очень важно следить за влажностью заливаемого фундамента.

Если в помещении или на улице, где осуществляется заливка или кладка фундамент, повышенная влажность (70-90°), то скорость нарастания прочностных показателей возрастает.

Прогрев до такого высокого температурного режима при минимальных значениях влажности обязательно приведет к засыханию залитой поверхности и снизит скорость твердения. Чтоб избежать таких последствий, необходимо регулярно производить увлажнение. При таких обстоятельствах в жаркую погоду твердение будет происходить очень быстро.

ВИДЕО: Сколько твердеет бетон

Состав и эксплуатационные данные цемента

Если цемент обладает способностью тепловыделения и сразу после заливки он быстро твердеет, то после замерзания в цементной массе воды процесс твердения неизменно остановится. По этой причине во время строительных работ холодное время года лучше отдавать предпочтение смесям, приготовленным на основе противоморозных добавок.

Так, к примеру, глиноземистая масса после заливки выделяет в 7 раз больше теплоэнергии, нежели обычный портландцемент. Благодаря этому замешанная на основе такого цемента строительная смесь способна быстро набирать прочность даже при температуре ниже 0°С. что, собственно, и обусловлено его популярностью использования в холодное время года.

Стоит отметить и то, что марка цемента также влияет на скорость твердения заливки или кладки. Представленная дальше таблица наглядно демонстрирует эти данные.

Вот, собственно, и все, что нужно знать о затвердевании фундамента. Надеемся, эта информация будет использована вами на практике и поможет достичь поставленной задачи наилучшим образом!

ВИДЕО: Как ускорить затвердевание бетона

После завершения монолитных работ наступает достаточно продолжительный этап выдержки и набора железобетонными конструкциями прочности. Мы расскажем, в каком уходе нуждается бетон во время твердения, как его ускорить и какие физико-химические явления сопровождают этот процесс.

Химия процесса твердения

Сооружение бетонных конструкций, полностью отвечающих расчётным характеристикам — настоящее искусство, которое невозможно постичь без понимания сложной и непрерывной последовательности преобразований, происходящих в структуре материала. Прообразы строительных вяжущих, отдаленно напоминающих современный цемент, появились ещё во 3-2 тысячелетии до н.э. Однако состав и соотношение компонентов таких смесей подбирались исключительно экспериментальным путём вплоть до конца XVIII века, когда был запатентован так называемый «романцемент». Это стало первой вехой в научном подходе к развитию строительного бетона.

Химическая природа твердения современного цемента весьма сложна, она включает длинную цепочку перетекающих друг в друга процессов, в ходе которых формируются сначала простейшие химические, а затем всё более прочные физические связи, приводящие к образованию монолитного камнеподобного материала. Подробно рассматривать эти процессы для человека, неискушённого в химии как науке, нет никакого смысла, гораздо полезнее оценка внешних признаков таких явлений и их практического смысла.

В современном строительстве используется преимущественно портландская цементная смесь, состоящая из обожжённой глины, гипса и известняка, а с точки зрения химии — из оксидов кальция, кремния, алюминия и железа. Первичное сырье проходит термическую обработку и тонкое измельчение, после чего компоненты смешиваются в точно определённой пропорции. Главная цель обработки в процессе производства — разрушить природные химические и физические связи веществ, которые впоследствии восстанавливаются в присутствии воды. Цемент, в отличие от необработанной глины и извести, твердеет вследствие не высыхания, а гидратации, поэтому его намокание после окончательного отверждения не приводит к размягчению и повышению вязкости.

Нарастание прочности бетона

В отличие от атмосферных вяжущих, быстро отвердевающих на воздухе, цемент твердеет практически весь срок эксплуатации бетонных конструкций. Связано это с тем, что в толще застывшего изделия остаются вещества, не успевшие вступить в реакцию с водой. В действительности при производстве бетонной смеси воду в нее добавляют в количестве, заведомо недостаточном для реагирования всех частиц минерального вяжущего. Связано это с тем, что повышенное содержание воды в бетоне приводит к его расслоению, значительной усадке при твердении и появлении внутренних напряжений.

Тем не менее, остатки минеральных веществ продолжают реагировать, ведь в толще своей бетон имеет ненулевую влажность. Из-за этого его твердение происходит не мгновенно, а в течение продолжительного времени. Из всего срока твердения можно выделить наиболее интенсивный период, который для бетона на портландцементе составляет 28-30 дней. Если в течение этого времени бетонное изделие находится в соответствующих условиях, оно принимает 100% расчётной прочности. При этом всего за 6-8 дней твердения прочность бетона достигает 60-70% от марочной , а треть расчётной прочности изделие приобретает уже на 2-3 сутки.

Сезонная специфика

Твердение смесей на цементном вяжущем сопровождается двумя процессами — незначительным увеличением объёма и выделением тепла. Из-за этого протекание реакций отверждения может существенно отличаться в зависимости от внешних условий.

Сначала нужно разобраться с увеличением объёма. Этот процесс имеет определённую практическую пользу: способствует более лёгкому отделению опалубки и предварительно растягивает арматуру, увеличивая качество сцепления и позволяя стали воспринимать растягивающую нагрузку практически сразу после её возникновения, минуя стадию упругой деформации. Негативные последствия от расширения возникают в ситуациях, когда бетон стеснён формой, например при заливке бетонных стяжек, шпонок в сборно-монолитных конструкциях и производстве изделий в жёсткой несъёмной опалубке. В подобных случаях обязательно требуется устройство сжимаемой оболочки, компенсирующей линейное расширение.

Выделение тепла может иметь как положительный, так и отрицательный эффект. Для начала нужно понимать, что нагрев твердеющей бетонной массы наиболее ярко выражен в первые 50 часов после приготовления смеси. Интенсивность нагрева возрастает соразмерно габаритам изделия, ведь из толщи бетона сложнее отводить тепло. Также нужно учесть, что бетон с высоким содержанием цемента будет нагреваться сильнее низкомарочного.

При низких температурах воздуха способность бетона нагреваться в процессе твердения позволяет относительно легко поддерживать нормальный температурный режим. При том, что в обычных условиях минимальная температурная отметка для проведения бетонных работ составляет +5 °С, заливать изделия в несъёмную опалубку из пенополистирола можно даже при морозе до -3 °С: собственное выделение тепла позволит поддерживать необходимую температуру. Даже обычные бетонные конструкции можно защищать утепляющими материалами для поддержания нужного температурного режима или обустраивать тепляки, в которых просто сохраняется плюсовая температура. Важно отметить, что после набора бетоном 50-60% прочности мороз не оказывает разрушительного воздействия по той причине, что большинство воды уже успело вступить в реакцию. Однако скорость твердения при этом падает практически до нуля, что нужно учитывать при определении сроков выдержки.

В жаркую погоду естественный нагрев бетонной смеси оказывает негативное влияние. Вода с поверхности испаряется слишком быстро, к тому же нагрев провоцирует линейное расширение, сопровождающееся раскрытием трещин, что в процессе твердения бетона недопустимо. Поэтому массивные изделия, находящиеся под открытым солнцем, нужно постоянно увлажнять и охлаждать проточной водой хотя бы в первые 7-10 суток после заливки. Остаток срока выдержки бетон может оставаться под укрытием из полиэтиленовой плёнки.

Ускорение схватывания и набора прочности

В зависимости от марки, бетону достаточно 20-30 часов чтобы окончательно принять форму, после чего его можно обильно поливать водой, чтобы сделать процесс набора прочности более интенсивным. Высокая температура также способствует ускоренному твердению, но только при условии, что нагрев будет однородным по всей толщине отливаемого изделия. Так, на заводах ЖБИ твердение ускоряют, обдавая изделие паром при температуре 70-80 °С, но нужно помнить, что нагрев свыше 90 °С для твердеющего бетона губителен.

Обеспечить максимальную скорость набора прочности можно правильным водоцементным отношением приготовленной смеси, установленным ГОСТ 30515 2013. Также ускорить процесс можно внесением различных добавок: хлорида кальция, сульфата и хлорида натрия, углекислого натрия (соды). Но нужно помнить, что применение ускорителей схватывания ограничено их предельным содержанием, а также типом бетонной конструкции, маркой бетона и арматуры, типом используемого цемента. Больше ясности в этот вопрос может внести ГОСТ 30459-96.

В заключение следует отметить, что в гражданском строительстве необходимость ускорить твердение бетона возникает крайне редко. Бетон приобретает большую часть марочной прочности достаточно быстро, поэтому в случае заливки перекрытий или армированных поясов продолжать строительные операции можно уже спустя 7-10 дней после выполнения монолитных работ. Если же речь идёт о фундаменте , то ускорять твердение не имеет практически никакого смысла: основание здания должно пройти усадку в течение года чтобы опорный слой грунта успел стабилизироваться и возможный перекос мог быть устранён корректирующим слоем или в процессе возведения коробки.

Изготовление различных конструкций предполагает заливку бетона, главной характеристикой которого является прочность на сжатие. При этом нагружать конкретный элемент нельзя, пока не завершится набор прочности бетона. Данный процесс зависит от ряда факторов, к которым относятся не только внешние условия, но и состав самой смеси.

Для достижения марочного значения, как правило, требуется четыре недели (28 дней). Чтобы будущая конструкция прослужила достаточно долго, необходимо ясно представлять, как осуществляется сам процесс, и сколько времени требуется для его завершения. Процесс включает две стадии. На первой происходит схватывание бетона. На второй он твердеет и набирает прочность.

Стадия схватывания

Схватывание происходит в течение первых суток с момента его приготовления. Сколько времени потребуется для завершения первой стадии напрямую зависит от температуры окружающей среды.

Теплая погода

В летний период, когда температура 20 °C и выше, на схватывание может потребоваться около часа. Процесс начнется приблизительно через два часа после приготовления смеси и завершится, следовательно, через три.

Прохладное время года

При похолодании время начала и завершения стадии сдвигается. Для схватывания требуется больше суток. При нулевой температуре процесс начинается, как правило, только через 6 – 10 часов после приготовления раствора и может длиться до 20 часов после заливки. В жаркую погоду время, наоборот, уменьшается. Иногда для схватывания достаточно 10 минут.

Уменьшение вязкости раствора

На первой стадии приготовленная смесь остается подвижной. В этот период еще можно оказать механическое воздействие, придав изготавливаемой конструкции требуемую форму.

Продлить стадию схватывания позволяет механизм тиксотропии, способствующий уменьшению вязкости смеси при оказании механического воздействия. Именно поэтому перемешиваемый в бетономешалке раствор намного дольше может находиться на первой стадии.

Однако следует учесть, что ряд процессов вызывает необратимые изменения в смеси, что негативно отражается на качестве затвердевшего бетона. Особенно быстро «сваривание» происходит в летний период.

Стадия твердения

После схватывания бетон начинает твердеть. Для завершения процесса и окончательного набора прочности может потребоваться несколько лет. Марку бетона можно будет определить через четыре недели.

Стоит учесть, что прочность бетон набирает с различной скоростью. Наиболее интенсивно процесс протекает в первую неделю после заливки бетона. Уже в первые трое суток данный показатель в нормальных условиях составляет около 30% от марочного значения, определяемого через 28 дней после заливки.

В течение первых 7 – 14 суток раствор набирает до 70 % от указанного значения, а через три месяца на 20 % превышает его. После этого процесс замедляется, но не прекращается.

Через три года показатель может вдвое превысить значение, полученное через 28 дней после заливки. Специальная справочная таблица позволяет узнать, какой процент от марочного значения наберет состав при конкретной температуре через определенное количество дней.

От чего зависит набор прочности?

На процесс набора прочности влияет множество факторов. Однако основными можно считать:

  • температуру;
  • влажность;
  • марку бетона;
  • время.

Температура

Чем холоднее на улице, тем медленнее повышается прочность бетона. При отрицательных температурах процесс останавливается, так как замерзает вода, обеспечивающая гидратацию цемента. Как только температура воздуха повысится, набор прочности бетона продолжится. При снижении температуры может опять остановиться.

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

Потепление способствует ускорению процесса созревания бетона. При 40 °C марочное значение может быть достигнуто уже через неделю. Именно поэтому заливку бетона на приусадебном участке для сокращения сроков строительства лучше производить в жаркую погоду.

Зимой может потребоваться подогрев бетона, что выполнить собственными силами крайне проблематично: требуется специальное оборудование и знание технологии выполнения работ. Следует учесть, что нагрев раствора свыше 90 °C недопустим.

Чтобы понять, как температура оказывает влияние на процесс твердения, стоит изучить график набора прочности бетона. Кривые построены на основании информации, собранной для марки М400 при различных температурах. По графику можно определить, какой процент от марочного значения будет достигнут через определенное количество суток. Каждая кривая соответствует конкретной температуре. Первая линия 5°C, последняя – 50° С.

График позволяет определить срок распалубки монолитной конструкции. Опалубку можно снимать, как только прочность превысит 50% от своего марочного значения. Следует обратить внимание, что согласно графику, если температура воздуха ниже 10 °C, марочное значение не будет достигнуто даже через две недели. При таких погодных условиях уже стоит задуматься о подогреве заливаемого раствора.

Время

Для определения нормативно-безопасного срока начала работ часто используется следующая таблица. В ней в зависимости от марки бетона и его среднесуточной температуры приведена информация о наборе прочности через определенное количество суток:

Марка бетона
Среднесуточная температура бетона в °C
Срок твердения в сутках
1
2
3
5
7
14
28
Прочность бетона на сжатие (процент от марочной)
М200–300, замешанный на портландцементе М 400–500 -3 3 6 8 12 15 20 25
0 5 12 18 28 35 50
65
+5 9 19 27 38 48
62 77
+10 12 25 37 50
58 72
85
+20 23 40 50
65 75
90 100
+30 35 55
65 80
90 100

Если нормативно-безопасный срок установлен на уровне приблизительно 50%, то безопасным сроком начала работ можно считать 72 – 80% от марочного значения.

В зависимости от времени выдержки искомое значение можно определить по следующей формуле:

прочность на n-ый день = марочная прочность *(lg (n) / lg (28)). Причем n не может быть меньше 3-х дней.

Состав и характеристики цемента

Если сразу после заливки цемент способен набирать прочность благодаря своему тепловыделению, то после замерзания воды процесс неизменно остановится. Именно поэтому при выполнении работ в зимний и осенне-весенний период предпочтительно использовать смеси с противоморозными добавками.

Глиноземистый цемент после укладки способен выделить в семь раз больше тепла, чем обычный портландцемент. Именно поэтому приготовленная на его основе смесь набирает прочность даже при отрицательной температуре.

Марка также оказывает влияние на скорость процесса. Чем ниже марка, тем выше критическая прочность. Таблица наглядно отражает такую зависимость:

Влажность

Пониженная влажность негативно отражается на процессе. При полном отсутствии влаги гидратация цемента становится невозможной, и твердение практически останавливается.

При максимальной влажности и высокой температуре (70 – 90 °C) скорость нарастания прочности значительно повышается. В таком режиме осуществляется пропаривание состава в автоклавах паром высокого давления.

Нагрев до столь высоких температур при минимальной влажности неизбежно приведет к высыханию залитого раствора и снижению скорости набора. Чтобы этого не произошло, следует своевременно производить увлажнение. В таком случае в жаркую погоду прочность будет набрана в минимально возможные сроки.

особенности, виды, технология и основные показатели

Одним из важных показателей качества бетона выступает прочность. Если ознакомиться с требованиями государственных стандартов, то можно найти информацию о том, что прочность может изменяться в пределах от М50 до 800. Однако одними из самых популярных выступают марки бетона от М100 до 500.

График набора прочности

Раствор бетона в течение определённого времени после заливки будет обретать нужные эксплуатационные свойства. Этот временной интервал называется периодом выдерживания, после него можно осуществлять нанесение защитного слоя. График набора прочности бетона отражает время, в течение которого материал будет достигать наивысшего уровня прочности. Если сохраняются нормальные условия, то на это уйдет 28 дней.

Первые пять суток — это время, в течение которого будет происходить интенсивное твердение. А вот через 7 дней после завершения работ материал достигнет 70% прочности. Дальнейшие строительные работы рекомендуется начинать после достижения стопроцентной прочности, что произойдет через 28 дней. График набора прочности бетона по времени может отличаться для отдельных случаев. Для того чтобы определить сроки, проводятся контрольные испытания над образцами.

Что еще необходимо знать

Если работы по монолитному домостроению осуществляются в теплое время, то для оптимизации процесса выдерживания смеси и обретения ею физических и механических свойств нужно будет выдержать конструкцию в опалубке и оставить дозревать после демонтажа ограждения. График набора прочности бетона в холодное время будет отличаться. Для того чтобы добиться марочной прочности, нужно обеспечить обогревание бетона и гидроизоляцию. Это обусловлено тем, что пониженные температуры способствуют замедлению полимеризации.

Для того чтобы набор прочности произошел как можно быстрее, а выдержка бетона по времени была минимизирована, необходимо добавлять к ингредиентам пескобетоны, у которых водопроцентное соотношение минимально. Если цемент и вода добавляются в пропорции четыре к одному, то сроки будут сокращены в два раза. Для получения такого результата состав должен быть дополнен пластификаторами. Смесь может созревать быстрее, если искусственно повысить ее температуру.

Контроль за набором прочности

Для того чтобы график набора прочности бетона был соблюден, в течение некоторого времени — до недели — необходимо осуществлять мероприятия, обеспечивающие условия для выдержки раствора. Его необходимо обогревать, увлажнять, а также укрывать влаго- и теплоизолирующими материалами.

Для этого довольно часто используются тепловые пушки. Особое внимание специалисты рекомендуют уделять увлажнению поверхности. Через 7 дней после завершения заливки при таких условиях, если температура внешней среды будет изменяться в пределах от 25 до 30 °С, конструкция может нагружаться.

Классификация бетонов

Если в процессе затворения раствора используется цемент и традиционные плотные заполнители, которые позволяют получать тяжелые составы, то данные смеси относятся к маркам М50-М800. Если перед вами бетон марки М50-М450, то для его приготовления использовались пористые заполнители, позволяющие получать лёгкие составы. Бетон имеет марку в пределах М50-М150, если он является особо легким или легким, а также ячеистым.

Проектная марка бетона должна быть определена ещё на этапе составления документации по возведению объекта. Эту характеристику дают, основываясь на сопротивлении осевому сжатию в образцах-кубах. В строящихся конструкциях основным является осевое растяжение, марка цемента при этом определяется по нему.

Набор прочности бетона (график набора по времени на растяжение) будет длиться дольше, когда повышается марка по прочности на сжатие. Но в случае с высокопрочными материалами рост сопротивления растяжению замедляется. В зависимости от того, каков состав и область использования смеси, определяется класс и марка по прочности.

Наиболее прочными считаются материалы со следующими марками:

Их применяют в строительстве ответственных конструкций. Когда возводятся сооружения и здания, требующие большой прочности, используется бетон марки М300. А вот при обустройстве стяжки лучше всего использовать состав марки М200. Наиболее крепкими являются цементы, марка которых начинается с М500.

Зависимость набора прочности от температуры

Если вы собираетесь использовать раствор в строительстве, то вам должен быть известен график зависимости набора прочности бетона от температуры. Как было упомянуто выше, схватывание происходит в течение первых нескольких суток после затворения раствора. А вот для завершения первой стадии будет необходимо время, на которое влияет температура внешней среды.

Например, когда столбик термометра удерживается на отметке в 20 °С и выше, на схватывание уходит час. Процесс начинается через 2 часа после того, как смесь будет приготовлена, а завершится через 3 часа. Время и завершение стадии при похолодании сдвинется, для схватывания будет необходимо больше суток. Когда столбик термометра удерживается на нулевой отметке, процесс начинается через 6-10 часов после приготовления раствора, а длится он до 20 часов после заливки.

Важно знать ещё и об уменьшении вязкости. На первой стадии раствор остается подвижным. В этот период на него можно оказывать механическое воздействие, придавая конструкции требуемую форму. Этап схватывания можно продлить, используя механизм тиксотропии, оказывая механическое воздействие на смесь. Перемешивание раствора в бетономешалке обеспечивает продление первой стадии.

Процент прочности бетона от марочной в зависимости от температуры и времени

Начинающих строителей обычно интересует график набора прочности бетона в25 °С. В этом случае всё будет зависеть от марки бетона и срока твердения. Если использовать при замешивании портландцемент марки в пределах М 400 до 500, в итоге удастся получить бетон М200–300. Через сутки при указанной температуре его процент прочности на сжатие от марочный составит 23. Через двое, трое суток этот показатель увеличится до 40 и 50% соответственно.

Через 5, 7 и 14 суток процент от марочной прочности будет равен 65, 75 и 90% соответственно. График набора прочности бетона в30 °С несколько изменяется. Через сутки и двое прочность составит 35 и 55% от марочной соответственно. Через трое, пять и семеро суток прочность будет равна 65, 80 и 90% соответственно. Важно помнить, что нормативно-безопасный срок равен 50%, тогда как начинать работы можно лишь тогда, когда прочность бетона достигла отметки в 72% от марочного значения.

Критическая прочность бетона в зависимости от марки: обзор

Сразу после заливки раствор наберет прочность благодаря тепловыделению, а вот после замерзания воды процесс остановится. Если работы предполагается выполнять зимой или осенью, то важно добавлять к раствору противоморозные смеси. После укладки глиноземистый цемент выделяет больше тепла в 7 раз, чем обычный портландцемент. Это указывает на то, что приготовленная на его основе смесь будет набирать прочность и при пониженных температурах.

На скорость процесса оказывает влияние ещё и марка. Чем она ниже, чем выше окажется критическая прочность. График набора прочности бетона, обзор которого представлен в статье, указывает на то, что критическая прочность для бетона марок от М15 до 150 составляет 50%. Для предварительно напряженных конструкций из бетона марки от М200 до 300 это значение составляет 40% от марочной. Бетон марок от М400 до 500 имеет критическую прочность в пределах 30%.

Твердение бетона в перспективе

График набора прочности бетона (СНиП 52-01-2003) не ограничивается месяцем. Для завершения процесса набора прочности может потребоваться несколько лет. Но определить марку бетона можно через 4 недели. Прочность конструкция будет набирать с разной скоростью. Наиболее интенсивно этот процесс протекает в первую неделю. Через 3 месяца прочность увеличится на 20%, после процесс замедляется, но не прекращается. Показатель может увеличиться в два раза через три года, на этот процесс будут влиять:

  • время;
  • влажность;
  • температура;
  • марка бетона.

Довольно часто начинающие строители задаются вопросом о том, в каком ГОСТе график набора прочности бетона можно отыскать. Если вы заглянете в ГОСТ 18105-2010, то более подробно сможете узнать об этом. В этих документах упомянуто, что температура напрямую влияет на длительность процесса. Например, при 40 °С марочное значение достигается уже через неделю. Поэтому зимой работы осуществлять не рекомендуется. Ведь подогревать бетон своими силами проблематично, для этого нужно использовать специальное оборудование и предварительно ознакомиться с технологией. А вот нагревать смесь больше, чем на 90 °С и вовсе недопустимо.

Заключение

Ознакомившись с графиком набора прочности, вы сможете понять, что распалубка осуществляется, когда прочность конструкции превышает 50% от марочного значения. Но если температура внешней среды опустилась ниже 10 °С, то марочное значение не будет достигнуто и через 2 недели. Такие погодные условия предполагают необходимость подогрева заливаемого раствора.

Набор прочности бетона | СДС Строительная лаборатория

Главное преимущество бетонной смеси – это универсальность форм, которых можно добиться путем заливки опалубок с последующим застыванием смеси. Однако сам процесс набора прочности после заливки смеси требует тщательного подхода.

Что собой представляет процесс набора прочности бетона?

Набор прочности бетона – это процесс постепенной полимеризации смеси, экзотермическая химическая реакция, проходящая благодаря наличию портландцемента или глиноземистого цемента в составе. В ходе реакции выделяется тепло, в среднем 200 кДж за 7 суток для портландцемента, что необходимо учитывать при организации выдержки бетона.

Реакция полимеризации может проходить только в условиях присутствия воды, а также при температуре от 2°С до 90°С, как и любая другая химическая реакция, замедляясь при низкой температуре и ускоряясь при высокой. Набор прочности бетона в зависимости от температуры может существенно ускоряться или замедляться. Так, нормальной рабочей температурой для большинства смесей считается 20°С. При этом в замороженном виде бетон прочность вообще не набирает. В свою очередь, при изготовлении железобетонных изделий на заводах применяют скоростной метод пропарки, когда в условиях высокой влажности изделие 16 часов выдерживается при температуре 80°С, набирая при этом до 70% марочной прочности (в 10 раз быстрее, чем при нормальной температуре).

Время набора прочности бетона: особенности и ключевые факторы

  • Время набора прочности бетона зависит от таких факторов:
  • Состав смеси. Различают тяжелые, легкие и ячеистые составы, при этом быстрее всего набирают прочность самые легкие смеси.
  • Наличие химических модификаторов в составе смеси: пластификаторов, усадок и т.п. В случае присутствия нужных компонентов, смесь может застывать при температуре ниже нуля.

Правильность выполнения мероприятий по контролю за набором прочности. Скорость набора прочности бетона зависит от адекватного применения таких мер, как увлажнение, обогрев, теплоизоляция, влагозащита.
Набор прочности бетона по СНИП для нормальных условий (то есть мы предполагаем, что бетон при температуре 20°С дозревает в опалубке) начиная с 3-го дня после заливки определяется следующей формулой:

% от марочной прочности на день N = lg(N) / lg(28)

Этой формулой устанавливается, что 100% марочной прочности набирается на 28-е сутки, а также задается логарифмическая форма кривой темпа набора прочности бетона. Так, таблица набора прочности по ГОСТ устанавливает, что на 7-е сутки смесь набирает уже 60% марочной прочности, после чего процесс резко замедляется. За последнюю неделю дозревания бетон набирает последние 10% марочной прочности до 100%. Потому допускается, что при нормальных условиях через неделю после заливки конструкцию уже можно нагружать.

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

Уход за бетоном — Вопросы и ответы

Основной нормативный документ, регламентирующий уход за бетоном — это СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции Актуализированная версия СНиП 3.03.01-87».

Согласно данному своду правил, особенное внимание нужно уделять при окружающих температурах ниже 5 °С:

  • при температурах ниже 0 °С в период набора проектной прочности бетон замерзает. Помимо проектной прочности выделяют также критическую прочность бетона, после набора которой дальнейшие замораживания и оттаивания не повлияют на свойства бетона,
  • время набора критической прочности бетона отличается в зависимости от класса бетона по прочности, объема противоморозных добавок и окружающей температуры. Для простоты можно считать временем критического набора прочности трое суток (чем ниже температура — тем сильнее увеличивается этот срок).
  • для достижения критической прочности при отрицательной наружной температуре используются различные методы, наиболее простые из которых — метод термоса (укрывание бетона для удержания тепла, образующегося при твердении) и метод воздушного прогрева (тепловыми пушками).

На фото — пример укрывания бетона в многоэтажном монолитном строительстве

После достижения критической прочности можно заканчивать обогрев без опаски — бетон не разрушится, но будет дольше набирать прочность, заложенную по проекту.

Также советуем обратить внимание на следующие выдержки из свода правил СП 70.13330.2012:

  • 5.3.3. В зимнее время при укладке бетонных смесей без противоморозных добавок необходимо обеспечить температуру основания не менее 5 °С.
  • 5.4.1. Открытые поверхности свежеуложенного бетона немедленно после окончания бетонирования (в том числе и при перерывах в укладке) следует надежно предохранять от испарения воды. Свежеуложенный бетон должен быть также защищен от попадания атмосферных осадков. Защита открытых поверхностей бетона должна быть обеспечена в течение срока, обеспечивающего приобретение бетоном прочности не менее 70%, в последующем поддерживать температурно-влажностный режим с созданием условий, обеспечивающих нарастание его прочности.
  • 5.11.4. Состояние основания, на которое укладывается бетонная смесь, а также температура основания и способ укладки должны исключать возможность замерзания бетонной смеси в зоне контакта с основанием. При выдерживании бетона в конструкции методом термоса, при предварительном разогреве бетонной смеси, а также при применении бетона с противоморозными добавками допускается укладывать смесь на неотогретое непучинистое основание или старый бетон, если по расчету в зоне контакта на протяжении расчетного периода выдерживания бетона не произойдет его замерзания.
  • 5.11.13. При отрицательной температуре окружающей среды конструкции следует укрывать гидротеплоизоляцией или обогреть. Толщину теплоизоляции назначают с учетом температуры наружного воздуха. При обогреве бетона с противоморозной добавкой должна быть исключена возможность местного нагрева поверхностных слоев бетона выше 25 °С.

Сколько времени фундамент набирает прочность после заливки

Устройство железобетонного монолитного фундамента требует знания и понимания многих важных моментов.

Прежде чем залить смесь в опалубку, непрофессионалу в строительной теме следует подготовиться теоретически.

Имеет немалое значение время разборки опалубки. Как контролировать прочность и когда можно фундамент нагружать?

Сколько ждать набора прочности

Как указано в п. 2.5 СНиП 2.03.01-84, для возведения фундаментов следует применять бетон не ниже М-200. Так как БМ-100 используют для устройства подготовки, само тело фундамента чаще всего выполняют из бетона М-200.

На твердость уложенного в опалубку раствора влияют разные факторы, в том числе такие:

  • Правильное соотношение ингредиентов;
  • Температура воздуха;
  • Влажность воздуха;
  • Период времени от приготовления смеси до укладки;
  • Толщина слоя;
  • Соблюдение технологии и пр.

Набор прочности представляет собой химический процесс, требующий оптимальных условий, наиболее важны тепло и влажность. В зависимости от соотношения этих показателей, процесс достижения нормативных прочностных характеристик длится до 28 суток.

Если чрезмерно жарко, то есть температура воздуха выше 25 градусов, то смесь будет растрескиваться, из нее быстро испарится влага, необходимая для нормального течения реакции твердения, а при температурах ниже +5 градусов процессы замедляются, что отрицательно сказывается на времени застывания.

Оптимальная температура +20 градусов по Цельсию. Уже с первых часов прочность смеси начинает увеличиваться: через 2,5 часа смесь схватится, но твердость еще слишком мала, чтобы бетон держал форму. Интенсивнее всего фундамент набирает прочность в первую неделю, достигая 70% от проектной. Застывание, твердение продолжается до 28 суток.

Контроль схватывания бетона

В условиях выполнения бетонных работ строительными предприятиями контроль качества проводится путем испытания образцов бетона следующими методами:

  • Сжатием специальным оборудованием;
  • Простукиванием массива молотком Кашкарова;
  • Ультразвуковыми приборами (неразрушающий метод).

Для испытания на стационарном станке готовят кубики: из одной порции смеси заливают образцы размером 10×10 см в количестве не менее 3-х, маркируя сами образцы, а также фиксируя на них дату и время.

Кубики передают в специальную строительную лабораторию проводить испытания, где на основании нагрузки, при котором кубики разрушились, выполняют расчеты и выводят прочность бетона, учитывая возраст кубиков. Этот метод считается точным.

Простукивание молотком дает приблизительные результаты и относится к неточным методам. Молотки есть разных видов, а прибор конструкции Кашкарова примечателен тем, что сила удара не отражается на итоговых показаниях прочности. Сам молоток весит 400-800 г.

Прочностные показатели определяют по следам, остающемся на бетоне, в соответствии с таблицей, приведенной в нормативной литературе.

Ультразвуковые приборы основаны на определении скорости прохождения ультразвука через толщу бетона: чем плотнее бетон, тем меньше скорость. Кроме величины прочности, ультразвуковой метод позволяет установить наличие пустот, раковин в массиве фундамента или иного конструктивного элемента.

Специальные методы должны применяться профессионалами с опытом работы в строй. лаборатории, дилетанты не смогут определить точной величины сопротивления материала сжатию, то есть прочности.

В кустарных условиях проверка схватывания производят так: одновременно с укладкой смеси в опалубку заливают отдельно форму произвольного размера ( размером в плане 10×10 см), но желательно одинаковой с основным конструктивом высоты.

На 2 день с одной стороны опалубку нужно снять и посмотреть, держит ли бетон форму, насколько он схватился. При необходимости следует спустя сутки убрать опалубку с другой грани образца и проанализировать динамику схватывания. Один из образцов можно попытаться разбить, чтобы убедиться в его твердости.

Важно понимать, что образец меньших размеры, чем массив фундамента, а в небольшом объеме бетон застывает быстрее. Убедившись, что образец схватился, следует дать массиву дополнительное время 2-5 суток, чтобы получить желаемый результат — крепко затвердевший, схватившийся фундамент.

Когда снимать опалубку

Снятие опалубки можно осуществлять при острой необходимости на 3-5 день, но лучше выдержать 7-14 дней.

Хорошо схватившийся, набравший 30-70% прочности бетон сохраняет форму, не дает сколов разбирая опалубку. Распалубка допустима в ранние сроки, если щиты, доски нужны для выполнения работ на другой захватке или на следующем объекте.

В приватном строительстве резонно не спешить и дать смеси набрать нужные показатели прочности, для чего потребуется 2 недели.

Через сколько можно нагружать фундамент

Давать нагрузку на фундамент — значит, выполнять следующий этап возведения здания, в случае с фундаментом это устройство стен:

Нагрузка приемлема тогда, когда бетон приобретет 100% проектных прочностных показателей. В этом случае можно не опасаться деформаций, разрушения фундамента, так как конструктив уже в состоянии воспринимать нагрузки от стен, перекрытий, кровли.

Такой срок наступает по прошествии 28-30 дней с момента заливки бетона в опалубку.

Этот срок можно сократить, если применить специальные средства — химические добавки, или же технологические приемы, как прогревание в холодное время года, полив водой или укрытие мокрыми матами летом, когда жара.

Если бетон схватывается в естественных условиях лучше не торопиться и снимать опалубку не раньше, чем через одну-две недели, а возводить стены в возрасте не менее 4 недель.

Рекомендуем посмотреть видео:

В конструкции фундамента ничего сложного нет, но лучше, когда этим занимаются профессионалы, у которых есть и опыт, и технические средства контроля застывания бетона.

Если все-таки заливка опалубки выполняется своими силами, то распалубку лучше сделать спустя 7-14 дней, а подвергать нагрузке — не раньше, чем через 28 дней с даты заливки.

КРАТАСОЛ КРИО-П ЦЕНА — 82 р/кг.

Заказать


 1. Описание продуктов


Комплексные добавки для бетонов, производится согласно ТУ 5745-343-05800142 в виде добавок «Кратасол-Крио» и «Кратасол-Крио-П».


«Кратасол-Крио-П» относится к группе суперпластифицирующих и противоморозных, «Кратасол-Крио» — к группе противоморозных.


Добавки — являются комплексными продуктами, включающими полиметиленнафталинсульфонаты натрия различной молекулярной массы и  смеси неорганических солей.


«Кратасол-Крио» обеспечивает ускоренный набор прочности бетона в начальные сроки твердения при отрицательных температурах наружного воздуха. Добавка «Кратасол-Крио-П» дополнительно увеличивает удобоукладываемость бетонной смеси.


 


Физико-химические показатели









Наименование показателя


Значение показателя


Кратасол-Крио


Кратасол-Крио-П


жидкая форма


сухая форма


жидкая форма


сухая форма


Внешний вид


Однородная низковязкая жидкость коричневого цвета


Порошок от светло-коричневого до темно-коричневого цвета


Однородная низковязкая жидкость коричневого цвета


Порошок от светло-коричневого до темно-коричневого цвета


Массовая доля воды, %, не более


 


75


 


5


 


70


 


5


Плотность, г/см3, не менее


 


1,17


 


-


 


1,19


 


-


Показатель активности водородных ионов водного раствора c массовой долей сухого вещества 2,5 %, ед. рН


 


 


 


 


 


7-9


 


 


 


 


 


7-9


 


 


 


 


 


7-9


 


 


 


 


 


7-9


 


2. Области применения


Добавки «Кратасол-Крио» и «Кратасол-Крио-П» предназначены для производства товарного бетона и строительных растворов в зимних условиях с целью недопущения их замерзания при транспортировании до момента укладки и обеспечения нормативного набора прочности при отрицательных температурах.


Добавки используются:


— для предотвращения замерзания бетонной смеси при возведении монолитных и сборно-монолитных бетонных и железобетонных конструкций до начала активной тепловой обработки или термосного выдерживания;


— для замоноличивания стыков железобетонных конструкций при строительстве сборных и сборно-монолитных зданий в зимнее время на открытом воздухе;


 


— для работы с бетонами и растворами при температуре окружающего воздуха до минус 25ºС. Добавки «Кратасол-Крио» и «Кратасол-Крио-П» обеспечивают протекание процессов гидратации цемента при температуре твердения до минус 25ºС.


При ведении монолитного строительства необходимо соблюдать требования СНиП 3.03.01. На момент замерзания бетона, должны быть предусмотрены меры по обеспечению им набора прочности не менее 20% от проектной.


Допускается применение добавок при изготовлении сборных железобетонных конструкций в качестве ускорителей твердения при температуре тепловой обработки не выше 70ºС.


 


 


3. Строительно-технологические свойства


Добавки «Кратасол-Крио» и «Кратасол-Крио-П» позволяют обеспечить:


— набор прочности бетона 30% и более от марочной через 28 суток твердения при температуре до минус 25ºС без применения тепловой обработки;


— снижение водопотребности бетонной смеси на 20 %;


— увеличение марки по удобоукладываемости с П1 до П5;


— возможность бетонирования до начала проведения активной тепловой обработки в условиях расчетных температур твердения бетона до минус 25 ºС;


 


После выдерживания в условиях отрицательных температур бетон с добавками «Кратасол-Крио» и «Кратасол-Крио-П» при дальнейшем естественном твердении в течение 28 суток набирает проектную прочность.


 


Добавки «Кратасол-Крио» и «Кратасол-Крио-П» не являются коррозионно-активными компонентами бетона и не вызывают коррозию стальной арматуры.


 


4. Дозировки:


Рекомендуемые дозировки добавок, в зависимости от температуры окружающей среды





 


Наименование


добавки


 


 


Температура наружного воздуха, °С


 


минус


0…5


минус


6…10


минус


11…15


минус


16…20


минус


20…25


 


Кратасол-Крио-П


 


0,5%-0,8%


0,8%-1,2%


1,2%-1,5%


1,5%-2,0%


2,0%-2,5%


 


     Дозировка добавки зависит технологии, вида цемента, состава бетонной смеси и технических требований к бетону.


 


 


5. Проектирование и подбор состава бетона


Подбор состава бетона с добавками «Кратасол-Крио» и «Кратасол-Крио-П» заключается в корректировке рабочего состава бетона без добавки с учетом целей максимального обеспечения требуемых свойств бетонной смеси и бетона.


При подборе состава бетонной смеси должны применяться те же материалы, которые использовались при подборе состава бетона без добавки.


 


Подбор состава бетона следует производить по ГОСТ 27006 любым методом, удовлетворяющим проектным требованиям, предъявляемым к бетонной смеси и бетону, с последующей корректировкой свойств за счет снижения расхода воды и назначения оптимальной дозировки.


Для бетонов с расходом цемента меньше, чем 350 кг/м3, при температуре ниже минус 20ºС дозировку добавки следует увеличить на 30 – 50 %. Оптимальное количество добавки подбирается экспериментально в лабораторных условиях.


Температура бетонной смеси должна назначаться строительной лабораторией исходя из условий производства, сроков загустевания, теплопотерь при транспортировании, а также технико-экономических показателей.  Бетонную смесь с противоморозными добавками рекомендуется приготавливать с температурой на выходе из смесителя 15 – 25 ºС.


Подбор состава бетона с добавкой следует проводить в лабораторных условиях на сухих заполнителях, учитывая влажность добавки в форме порошка и воду, содержащуюся в растворе добавки.


Все подобранные в лабораторных условиях составы бетонов, режимы уплотнения и режимы тепловой обработки следует проверить и при необходимости откорректировать в производственных условиях.


При применении противоморозных добавок за основу принимают производственный состав и осуществляют его корректировку в зависимости от целей введения с учетом следующих положений:


— при добавлении добавок на объекте строительства непосредственно в автобетоносмеситель, необходимо заранее произвести корректировку удобоукладываемости на заводе-изготовителе, чтобы получить заданную подвижность после добавления добавки;


— длительность перемешивания при дозировании добавок в автобетоносмеситель должна составлять из расчета 5 минут на 1 м3
бетонной смеси, но не менее 20 минут;


— для повышения удобоукладываемости бетонной смеси, необходимо откорректировать дозировку добавки, необходимую для получения заданной марки по удобоукладываемости, не изменяя количество воды затворения.


 


6. Приготовление водного раствора добавки


Добавки вводятся в бетонную смесь в виде водного раствора с концентрацией не более 30%. Рабочая концентрация раствора выбирается потребителем исходя из требований технологии, условий применения и удобства использования.


В сухом виде добавки полностью и быстро растворяются в обычной воде при нормальных условиях. С повышением температуры скорость растворения возрастает. Приготовление рабочего раствора добавок следует производить при помощи принудительного перемешивания или применения операции барботирования.


Перед началом каждой рабочей смены и после длительного хранения растворы добавок перед применением следует перемешать.


Дозирование растворов добавок можно производить:


— одновременно, со всем количеством воды затворения;


— в предварительно перемешанную с большей частью воды затворения


  бетонную смесь;


— после полного перемешивания бетонной смеси. 

Уход за бетоном. Исправление дефектов бетонирования


Твердение бетона представляет собой сложный физико-хими­ческий процесс, при котором цемент, взаимодействуя с водой, образует новые соединения.

Вода проникает вглубь частиц цемента постепенно, в результате чего все новые его порции вступают в химическую реакцию.

Этим объясняется постепенный и длительный набор прочности бетона.

При благоприятных условиях твердения прочность бетона непрерывно повышается.

Для нормального твердения бетона необходима температура (20±2)° С с относительной влажностью воздуха не менее 90%.

При таких условиях бетон через 7… 14 суток набирает прочность 60…70% своей 28-суточной прочности.

Затем рост прочности замедляется.

Для бетона, находящегося в воде, его прочность выше, чем при твердении бетона в сухой среде.

При твердении бетона на воздухе вода быстро испаряется и твердение практически прек­ращается.

Поэтому для достижения бетоном необходимой проч­ности нельзя допускать его преждевременного высыхания.

В теп­лую сухую и ветреную погоду выступающие части (углы, ребра) и открытые поверхности бетонных конструкций высыхают быстрее, чем внутренние его части.

Необходимо предохранять эти эле­менты от высыхания и давать им возможность достигать необ­ходимую прочность.

При твердении бетона изменяется его объем.

Твердея, он дает усадку, которая в поверхностных слоях происходит быстрее, чем во внутренних.

Поэтому при недостаточной влажности бетона в период твердения на его поверхности появляются мел­кие усадочные трещины.

Кроме того, трещинообразование воз­можно в результате неравномерного разогрева бетона вслед­ствие выделения теплоты при схватывании и твердении (гидра­тации) цемента.

Трещины снижают качество, прочность и долго­вечность конструкций.

Рост прочности бетона в значительной степени зависит от температуры, при которой происходит твердение.

При температу­ре ниже нормальной твердение бетона замедляется, а при темпе­ратуре -5° С практически прекращается.

При повышенной тем­пературе и достаточной влажности процесс твердения ускоряет­ся.

Продолжительность твердения имеет большое практическое значение.

Ускорять твердение необходимо, когда требуется быст­ро нагрузить конструкции эксплуатационной нагрузкой или распалубить ее в ранние сроки, при бетонировании зимой и других случаях.

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

Количество добавок-ускорителей твердения берется в процентах от массы цемента и не должно превышать следующих величин: сульфат натрия — 2, нитрат натрия, нитрат кальция, нитрит-натрат кальция — 4, хлорид кальция в бетоне армированных конструк­ций — 2, в бетоне неармированных конструкций — 3.

Добавки-ускорители твердения не следует вводить при ис­пользовании глиноземистого цемента, а также в конструкциях, армированных термически упрочненной сталью, в железобетон­ных конструкциях, предназначенных для эксплуатации в зонах действия блуждающих токов, в конструкциях с напрягаемой арматурой.

Полный перечень ограничений по применению доба­вок ускорителей приведен в СНиП 3.03.01-87.

При производстве сборного железобетона для ускорения твер­дения широко применяют тепловую обработку бетона паром или электрическим током.

Ускоряют процесс твердения бетона путем использования быстротвердеющих цементов.

Обычно такие бетоны используют при аварийных работах, а также при устройстве стыков различ­ных конструкций.

Чтобы свежеуложенный бетон получил требуемую прочность в назначенный срок, за ним необходим правильный уход: под­держание его во влажном состоянии, предохранение от сотрясе­ний, повреждений, ударов, а также от резких перепадов темпера­туры.

Нарушение режима ухода за бетоном может привести к получению низкого качества и непригодного для эксплуатации бетона, а иногда к разрушению конструкций.

Особенно важен уход за бетоном в течение первых дней после укладки.

Недостат­ки ухода в первые дни могут настолько ухудшить качество бето­на, что практически их нельзя будет исправить в последующие дни.

Благоприятные температурно-влажностные условия для твер­дения бетона создают, предохраняя его от вредного воздействия ветра и попадания прямых солнечных лучей, путем системати­ческой поливки.

Для этого открытые поверхности свежеуложенного бетона укрывают влагоемким покрытием (брезентом или мешковиной), а при отсутствии этих материалов поверхность бе­тона закрывают через 3…4 ч после укладки бетона слоем песка или опилок и поливают водой.

В зависимости от климатических условий частота поливки должна быть такой, чтобы поверхность бетона в период ухода все время была во влажном состоянии.

В сухую погоду открытые поверхности поддерживают во влаж­ном состоянии до достижении бетоном 50…70% проектной проч­ности.

В жаркую погоду поливают также деревянную опалубку.

При снятии опалубки (например, опалубки колонн, стен, балок) увлажняют вертикальные поверхности конструкций.

Наиболее эффективно вертикальные и наклонные поверхности поливать непрерывным потоком воды через систему трубок с мелкими отверстиями.

В жарком сухом климате этот способ полива обя­зателен.

Укрытие и поливка бетона требуют значительных затрат тру­да, поэтому тонкостенные конструкции с большой открытой по­верхностью (например, площадки, дороги, аэродромные покры­тия, полы, перекрытия) вместо укрытия и поливки целесообразно покрывать специальными окрасочными составами и защитными пленками.

Наиболее пригодны полимерные композиции.

Они обеспечивают наилучшее предохранение от влагопотерь как свежеуложенной бетонной смеси в условиях воздушно-сухого твердения, так и бетона при термообработке и раннему распалубливанию.

Полимерные композиции практически безвредны, менее огнеопасны, а их малая вязкость позволяет механизиро­вать процесс нанесения и снизить расход вещества до 0,5 кг на 1 м2 поверхности.

Применение пленкообразующих веществ яв­ляется одним из простых и технологичных условий обеспечения необходимых качественных показателей при раннем распалубливании бетона.

 

Исправление дефектов бетонирования

После распалубливания монолитные конструкции осматривают и исправляют дефекты бетонирования.

Мелкие неровности и наплы­вы бетона на стенах, колоннах и балках срубают вручную или пнев­матическими зубилами с последующей затиркой неровностей це­ментным раствором состава 1:2…1:2,5.

Открытые бетонные поверхности с мелкими раковинами, не имеющие ноздреватости, после расчистки и смачивания водой за­тирают цементным раствором.

Крупные раковины, образовавшиеся в результате плохого вибрирования или утечки цементного молока, расчищают на всю глубину.

Весь рыхлый бетон выру­бают отбойными молотками с последующей продувкой сжатым воз­духом и промывкой водой. Если позволяют размеры раковины, устанавливают опалубку с козырьком для укладки бетона и бето­нируют.

Для заделки раковин применяют мелкозернистый бетон той же марки по прочности или даже на одну ступень выше.

Бетонную смесь укладывают с тщательным уплотнением.

Замазывать крупные раковины цементным раствором категори­чески запрещается, так как это не устраняет дефекта, а только скрывает его. Крупные раковины в несущих конструкциях сущест­венно ослабляют их.

Ис­правляют такие дефекты торкретированием после тщательной расчистки и удаления рыхлого бетона.

При исправлении де­фектов в плитах, полах или балках вырубать ослабленный бетон следу­ет по форме ласточкина хвоста, с тем, чтобы набетонка луч­ше удерживалась в основном бетоне.

Конструкции, воспринимающие гидростатический напор грунтовых вод, могут течь из-за наличия в бетоне скрытых пустот и раковин вследствие плохого виброуплот­нения бетонной смеси или некачественной подготовки рабочих швов.

Устраняют течь нагнетанием (инъекцией) жирного цементного раствора (молока) внутрь конструкции через перфорирован­ные трубки диаметром 20…30 мм.

Для этого в местах дефектов бурят шпуры, вставляют в них стальные трубки, один конец кото­рых имеет перфорацию, а другой — резьбу, и зачеканивают их в шпуре раствором на быстросхватывающемся цементе.

После того как раствор зачеканки наберет нужную прочность, через трубки с помощью винтового шприца нагнетают раствор на безусадочном или расширяющемся цементе.

При грубых нарушениях технологии бетонных работ (напри­мер, недостаточное уплотнение, чрезмерное вибрирование, при­водящее к расслоению смеси, нарушение технологии ухода за бе­тоном, неправильный подбор состава, наличие большого коли­чества глинистых и пылеватых частиц) возможны серьезные дефекты, снижающие прочность бетона.

Поскольку исправить такие дефекты практически невозможно, сильно дефект­ные конструкции разбирают или соответствующим образом усили­вают.

Залогом успеха при производстве бетонных работ является тщательное выполнение всех технологических процессов.

 

 

Исправление дефектов бетонирования:

а – в плитах, б, в – в стенах, 1 – раковина, 2 – вырубка по форме ласточкина хвоста, 3 – опалубка, 4 – лоток, 5 – бадья, 6 – вибратор, 7 – сопло, 8 – шланг

 

Для получения прочных и красивых бетонных поверхностей, ко­торые не требуется штукатурить или облицовывать, необходимы, как известно, чистые и высококачественные материалы, эффектив­ная технология и квалифицированные исполнители.

Обработанные соответствующим образом поверхности железобетонных сооружении могут быть достаточно выразительными и приятными на вид

Опалубка оказывает большое влияние на качество и внешний вид бетонных поверхностей.

Правильно выполненная дощатая опа­лубка может дать красивую бетонную поверхность.

Для смазки опалубки необходимо использовать светлые эмульсии.

Иногда кромки досок со стороны, обращенной к бетону, сострагивают на 3-5 мм.

В этом случае на поверхности бетона образуется руст, улучшающий внешний вид конструкции.

Для получения гладкой малопористой поверхности бетона опалубку обшивают влагопогло­щающим картоном, фанерой или тонкими древесностружечными плитами.

Шероховатую однотонную поверхность можно получить после обработки бетона с помощью электрических или пневматических отбойных молотков с рабочими наконечниками в виде бучарды или шарошки.

При этом на наружных углах рекомендуется остав­лять узкие необработанные полосы во избежание скалывания бето­на.

Обработка таким способом может скрыть небольшие дефекты бетонирования (раковины, пористость), а также замаскировать ра­бочие швы.

Красивый вид могут иметь бетонные поверхности с обнаженным крупным заполнителем (гравием).

Получают их обработкой не полностью затвердевшего бетона стальными щетками с последую­щей промывкой струей воды под давлением.

Обнажить заполнитель можно применением специальных сма­зок для опалубки, в состав которых входят замедлители схватыва­ния цемента.

В этих случаях тонкий наружный слой несхватившегося раствора смывают струей воды до обнажения гравия.

Поверхности из высокопрочных декоративных бетонов шлифуют.

Так обрабатывают, например, мозаичные полы.

За рубежом спо­собом шлифования обрабатывают также стены, пилястры, цоколи зданий.


Влияние температуры окружающей среды на высокоэффективные свойства бетона

Материалы (Базель). 2020 окт; 13 (20): 4646.

Факультет гражданского строительства и архитектуры, Технологический университет Ополе, Катовицка 48, 45-061 Ополе, Польша; [email protected]

Поступило 2 сентября 2020 г .; Принято 12 октября 2020 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /).

Abstract

В этой статье представлены результаты испытаний высокоэффективного бетона (HPC), подготовленного и отвержденного при различных температурах окружающей среды, в диапазоне от 12 ° C до 30 ° C (прочность на сжатие и плотность бетонной смеси также были проверены при 40 ° C. ). Особое внимание было уделено поддержанию предполагаемой температуры компонентов смеси при ее приготовлении и поддержанию предполагаемой температуры отверждения. Изучены свойства свежей бетонной смеси (консистенция, воздухосодержание, плотность) и свойства затвердевшего бетона (плотность, водопоглощение, глубина проникновения воды под давлением, прочность на сжатие, морозостойкость затвердевшего бетона).Было показано, что повышенная температура (30 ° C) оказывает значительное влияние на потерю удобоукладываемости. В исследованиях использовались тест осадки бетона, тест стола текучести и тест Вебе. Наблюдалось уменьшение осадки и диаметра потока, а также увеличение времени Вебе. Было показано, что повышение температуры схватывания бетона приводит к увеличению начальной прочности на сжатие. После 3 дней отверждения, по сравнению с отверждением бетона при 20 ° C, наблюдалось увеличение прочности на сжатие на 18% при 40 ° C, тогда как при отверждении бетона при 12 ° C прочность на сжатие была ниже на 11%.Повышение температуры снижает прочность на сжатие после периода, превышающего 28 дней. После двух лет отверждения бетон, выдерживаемый при 12 ° C, достиг прочности на сжатие на 13% выше, чем у бетона, выдерживаемого при 40 ° C. Испытания на замораживание-оттаивание HPC в присутствии NaCl показали, что этот бетон показал высокую морозостойкость и противообледенительные материалы (образование накипи на поверхности минимально) независимо от температуры процесса отверждения, от 12 ° C до 30 ° С.

Ключевые слова: бетон , температура, бетон с высокими эксплуатационными характеристиками (HPC)

1.Введение

1.1. Влияние температуры на процесс гидратации портландцемента

Температура является важным фактором, влияющим на процесс гидратации цемента и свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона. Известно, что скорость реакции гидратации цемента растет с повышением температуры. Следствием этого является более быстрое увеличение прочности бетона на ранней стадии созревания [1,2,3].

Влияние температуры на процесс гидратации цемента было предметом многих исследований.Установлено, что на ранних стадиях созревания скорость гидратации алита значительно увеличивается с повышением температуры, но позже (от 28 до 90 дней) она снижается в зависимости от типа цемента [4]. После года созревания самая высокая степень гидратации наблюдалась в цементных пастах, отвержденных при 10 ° C, а самая низкая — в пастах при 60 ° C. Кроме того, было обнаружено, что при отверждении цементного теста при 10 ° C почти все зерна цемента были гидратированы, в то время как при 60 ° C можно было наблюдать зерна цемента, которые были лишь частично гидратированными.

Исследования микроструктуры гидратных фаз цемента при различных температурах показали, что температура также влияет на морфологию, тип и количество образующихся гидратных фаз. При более высоких температурах наблюдается более неоднородное распределение гидратных фаз и образование более коротких игольчатых кристаллов эттрингита [5]. Более того, результаты показывают, что при повышенных температурах скорость гидратации алита и белита выше.

Результаты авторов исследования [6] показывают, что кажущаяся плотность цементного теста увеличивается с температурой (в диапазоне от 5 ° C до 60 ° C).По мнению авторов, это связано с уменьшением количества связанной воды. Это приводит к более пористой микроструктуре цементного теста и уменьшению объема, занимаемого фазой C-S-H. Авторами также была обнаружена более высокая пористость цементных паст, отверждаемых при повышенных температурах [7]. В результате снижается прочность пасты и прочность получаемого материала.

Исследования, представленные в статье [8], показывают, что при повышенных температурах (40 ° C и 50 ° C) наблюдали образование фазы C-S-H с более высокой плотностью, более гетерогенным распределением продуктов гидратации и более высокой пористостью.При 50 ° C в начальный период наблюдался моносульфат кальция, тогда как количество эттрингита значительно уменьшилось. Это подтвердили и авторы других работ [9,10]. В дальнейшем из-за увеличения пористости прочность снижается. Повышение пористости цементных паст, отверждаемых при повышенных температурах, наблюдалось также в вяжущих, содержащих гранулированный доменный шлак [11,12,13,14].

Цементные пасты с добавлением летучей золы, вулканического пепла или гранулированного доменного шлака, отвержденные в интервале температур от 10 ° C до 60 ° C, были испытаны в работе [11].Было обнаружено, что доменный шлак был единственной добавкой, которая положительно влияла на прочность (по отношению к прочности цементного теста без добавок), особенно при 60 ° C. По мнению этих авторов, микроструктура цементных паст, отвержденных при 60 ° C, показала более высокую пористость, чем микроструктура растворов, отвержденных при 10 ° C.

В [15] было обнаружено, что микроструктура цементного теста с микрокремнеземом, отвержденного при 23 ° C, однородна. Это цементное тесто имеет гораздо менее пористую структуру по сравнению с цементным тестом без добавки, с такой же степенью гидратации цемента.С другой стороны, цементные пасты, отвержденные при 30 ° C и 70 ° C, отличаются от цементных паст, отвержденных при 23 ° C, своей концентрацией Ca (OH) 2. Хотя распределение продуктов гидратации остается относительно однородным, между зернами цемента имеются более крупные непрерывные поры. Авторы обнаружили, что температура отверждения в большей степени влияет на микроструктуру цементного теста с микрокремнеземом, чем цементного теста без этой добавки.

Испытания цементных паст, отверждаемых при температурах от 5 ° C до 50 ° C, проведенные через более длительный период времени (до 91 дня), показали, что цементные пасты, отвержденные при самой низкой температуре, были в наибольшей степени гидратированы [16 ].Эти авторы также показали, что при более высокой температуре отверждения в цементном тесте распределение продуктов гидратации является неравномерным, что приводит к более низкой прочности на сжатие этих цементных паст после более длительного времени отверждения [17,18].

Обобщая результаты исследований, проведенных разными авторами, следует констатировать, что повышение температуры приводит к ускорению процесса гидратации портландцемента, причем распределение продуктов гидратации становится более неравномерным.Это приводит к увеличению прочности на сжатие на ранних стадиях отверждения. Повышенная температура также делает неравномерным распределение продуктов гидратации цемента и увеличивает пористость полученной структуры. Следствием этого является снижение прочности на сжатие после более длительного периода отверждения. Это также относится к цементным пастам, содержащим минеральные добавки, хотя в случае таких добавок, как летучая зола или гранулированный доменный шлак, масштаб явления меньше, что можно объяснить снижением теплоты гидратации вяжущих с эти минеральные добавки.

1.2. Влияние температуры на свойства свежей бетонной смеси и затвердевшего бетона

Влияние температуры на гидратацию цемента отражается на свойствах бетонной смеси и затвердевшего бетона. Производство бетонных смесей при повышенных температурах вызывает множество проблем из-за ускоренного процесса гидратации цемента. Кроме того, бетонная смесь имеет повышенную водопотребность из-за испарения. Влияние температуры на удобоукладываемость бетона нормальной прочности хорошо известно — повышение температуры приводит к ухудшению удобоукладываемости [19,20].Авторы статьи [21] также заявили, что существует оптимальная температура (около 20 ° C), позволяющая получить бетонную смесь с наиболее удобной технологичностью. Клигер [22] обнаружил, что при повышении температуры на 11 ° C оседание уменьшается на 25 мм, в результате чего необходимо увеличивать содержание воды для сохранения его консистенции.

Консистенция бетонной смеси также зависит от эффективности химических добавок при повышенных температурах.Schmidt et al. [23] продемонстрировали, что поведение самоуплотняющегося бетона (SCC), содержащего суперпластификатор, при различных температурах отличается от поведения обычного бетона. Суперпластификаторы в бетонной смеси в зависимости от своей химической структуры по-разному влияют на реологические свойства бетонной смеси. Показана линейная зависимость между температурой и пределом текучести бетонной смеси. Чем выше температура, тем быстрее увеличивается предел текучести [24].

В статье [25] показано, что температура бетонной смеси также влияет на начальное и конечное время схватывания цемента. Разница между начальным и конечным временем схватывания цемента уменьшается с увеличением температуры окружающей среды. Более того, исследование [26] показывает, что увеличение содержания цемента приводит к увеличению температуры бетонной смеси, а также к сокращению времени схватывания.

Повышение температуры окружающей среды обычно приводит к потере удобоукладываемости бетонной смеси.Причиной этого явления является как ускорение процесса схватывания цемента, так и более быстрое испарение воды для затворения при более высоких температурах.

Влияние температуры на свойства затвердевшего бетона аналогично влиянию цементных паст [27]. Повышение температуры затвердевания бетона приводит к более высокой прочности бетона на ранней стадии; однако со временем сила уменьшается. Повышение температуры также снижает коррозионную стойкость бетона [5,28].Этот эффект наиболее очевиден, когда бетонная смесь подвергается воздействию высоких температур сразу после заливки.

Наиболее подвержены чрезмерному нагреву массивные элементы, охлаждающая поверхность которых мала по сравнению с массой бетонной смеси. Негативные явления, вызванные чрезмерным нагревом, можно свести к минимуму правильным подбором связующего состава [29].

Существуют методы, позволяющие минимизировать неблагоприятное воздействие повышенной температуры на свойства бетона.К ним относятся: снижение содержания цемента в бетоне; частичная замена цемента минеральными пуццолановыми и гидравлическими добавками; использование цемента с низкой теплотой гидратации; тепловой контроль агрегатов; использование прохладной воды или добавление в бетонную смесь колотого льда. На практике хорошие результаты достигаются при введении в цемент гранулированного доменного шлака и летучей золы [30,31,32].

Влияние температуры на свойства бетона нормальной прочности широко признано.Повышение температуры отверждения также увеличивает раннюю прочность; однако в дальнейшем это снижает прочность бетона и отрицательно сказывается на его долговечности, что связано с процессом гидратации цемента. Тем не менее, следует отметить, что влияние температуры на свойства высокоэффективного бетона (HPC), который особенно чувствителен к изменениям температуры из-за относительно низкого соотношения в / ц и использования высокодисперсных водоредуцирующих добавок (HRWR). , гораздо менее известна.

Помимо тепла, выделяемого в результате реакции гидратации, на температуру бетонной смеси также влияют температура компонентов смеси, температура окружающей среды и тепло, выделяемое трением в результате смешивания. Температура заполнителя имеет особое значение, поскольку его содержание в бетоне относительно высокое. Температура заполнителя и воды обычно соответствует температуре окружающей среды, в то время как температура цемента, хранящегося в силосах, может быть намного выше, что еще больше увеличивает температуру бетонной смеси.

В данной статье представлены результаты исследования влияния температуры на свойства свежей бетонной смеси и затвердевшего HPC, содержащего поликарбоксилатный суперпластификатор и добавку микрокремнезема. Испытания проводились как при повышенной (30 ° C), так и при пониженной (12 ° C) температуре затвердевания бетона, но в пределах диапазона практической применимости бетона. Прочность на сжатие и плотность бетонной смеси были испытаны при температурах 12 ° C, 20 ° C, 30 ° C и 40 ° C.Особое внимание было уделено достижению заданной температуры компонентов смеси и поддержанию этой температуры при приготовлении смеси и отверждении бетона.

2. Материалы

Бетон (HPC) был изготовлен из портландцемента CEM I 42,5 R (CEM I) с удельной площадью поверхности (Blaine) 440 м 2 / кг. Химический состав цемента показан на. Результаты испытаний гранулометрического состава, выполненных с помощью лазерного анализатора зерна, представлены в.

Гранулометрический состав портландцемента CEM I 42,5 R (CEM I).

Таблица 1

Химический состав портландцемента ЦЕМ I 42,5 R (% масс.).

Цемент SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Cl- Na2Oeq SO3 K2O
CEM I 21,9 5,8 2,9 63.1 1,2 0,01 0,7 2,1 0,5

В качестве HRWR использовали суперпластификатор на основе поликарбоксилатов (SP). СП был добавлен в количестве 1,5% по отношению к массе цемента.

В качестве минеральной добавки использовался микрокремнезем (SF) в количестве 10% по отношению к массе цемента. Согласно спецификации производителя химический состав SF следующий: SiO2 (мин. 85%), Fe2O3 (макс.2,5%), CaO (макс. 1,0%) и Al2O3 (макс. 1,5%).

Бетонная смесь состоит из природного мелкого заполнителя (фракция 0/2 мм) и щебня базальтового заполнителя (фракции 2/8 и 8/16 мм). Гранулометрический состав отдельных фракций заполнителя показан на рис.

Гранулометрический состав заполнителей, используемых в производстве HPC.

Результаты физических свойств заполнителей, таких как насыпная плотность, удельная плотность и водопоглощение, представлены в.

Таблица 2

Физические свойства заполнителей.

Доля Среднее значение
Насыпная плотность Удельная плотность Водопоглощение
(кг / дм3) (кг / дм3) (%)
0/2 1,72 2,64 1,4
2/8 1,64 3,12 1,6
8/16 1.60 3,18 0,5

Распределение частиц по размерам было выбрано с использованием итерационного метода, описанного Кучиньским [33,34]. При составлении гранулометрического состава из нескольких различных фракций заполнителя они были объединены таким образом, чтобы обеспечить максимально возможную герметичность при минимально возможном водопотреблении.

Состав смеси HPC был разработан с использованием экспериментального метода, предполагая гранулометрический состав, как определено выше, а также количество и тип цемента с добавлением микрокремнезема ().Соотношение в / ц было выбрано для получения бетона с прочностью на сжатие более 100 МПа. Разработанный состав бетонной смеси представлен в. Консистенция бетонной смеси регулировалась добавлением соответствующего количества СП.

Таблица 3

Состав бетонной смеси.

Состав Содержание (кг / м3)
цемент 500
Мелкозернистый заполнитель 0/2 фракции 656
2/8 фракция грубого заполнителя 592
Крупный заполнитель фракции 8/16 740
вода 150
микрокремнезем 50
суперпластификатор 7.5

Ингредиенты смешивали в смесителе с принудительной циркуляцией Zyklos Mixer ZK 150 HE (Pemat, Фрайсбах, Германия). Применяли ту же процедуру добавления ингредиентов в смеситель и постоянное время перемешивания бетонной смеси при всех температурах. Используемая процедура смешивания показана на.

Таблица 4

Порядок смешивания ингредиентов бетонной смеси.

Время Выполненная деятельность
(мин)
0–2 смешивание фракций крупного заполнителя (2/8 и 8/16 мм)
2–4 добавление фракции мелкого заполнителя (0/2 мм)
4–6 добавление цемента и микрокремнезема
6–8 добавление 1/2 количества воды
8– 14 добавление 1/2 количества воды с суперпластификатором
14 завершение перемешивания

Бетонные смеси были приготовлены при температурах 12 ° C, 20 ° C, 30 ° C и 40 ° C.Для стабилизации температуры компонентов цемент, микрокремнезем, заполнитель и вода поддерживались при контролируемой предполагаемой температуре в течение не менее 72 часов до приготовления бетонной смеси с использованием климатических камер.

Было сделано все возможное, чтобы температура в помещении, где готовилась бетонная смесь, была на заданном уровне. Температуру повышали с помощью соответствующей системы обогрева и воздухонагревателей. Испытания при пониженных температурах проводились в зимний период, что позволило поддерживать предполагаемую температуру.

3. Методы

3.1. Испытания свойств используемых материалов

Гранулометрический состав цемента проверяли с использованием лазерного анализатора частиц Mastersizer 3000 (Малверн, Великобритания) и мокрым методом. В качестве диспергатора использовался изопропанол. Тест проводился с диапазоном затемнения 10–15%. Представленные результаты испытаний представляют собой среднее значение не менее 3 измерений.

Физические свойства заполнителей, такие как насыпная плотность, удельная плотность и водопоглощение, были протестированы в соответствии со стандартами EN 1097-3: 2000, EN 1097-6: 2013 и EN 1097-6: 2013, соответственно.

3.2. Испытание бетонной смеси

Испытание на консистенцию путем испытания бетонной осадки проводилось в соответствии с EN 12350-2: 2011. Это испытание состоит из помещения и уплотнения бетонной смеси в форме усеченного конуса. Результат испытания — уменьшение высоты бетонной смеси сразу после снятия формы.

Определение консистенции с помощью теста потоковой таблицы проводилось в соответствии с EN 12350-5: 2011. Это испытание заключается в размещении смеси в усеченном конусе на плите, а затем после подъема формы выполняются 15 циклов подъема и свободного падения верхней плиты стола.Результат испытания — диаметр потока бетонной смеси.

Определение консистенции с помощью теста Vebe проводилось в соответствии с EN 12350-3: 2011. Результатом испытания является время вибрации смеси, помещенной в цилиндр, до полного уплотнения уровня смеси в цилиндре.

Проверка консистенции бетонной смеси с использованием теста осадки бетона, теста таблицы текучести и теста Вебе проводилась сразу после смешивания ингредиентов, а также через 30 и 60 мин.Бетонная смесь перемешивалась на медленной скорости до испытания.

Содержание воздуха в бетонной смеси определялось в соответствии с EN 12350-7: 2011 с помощью манометра. Испытания с помощью манометра основаны на законе Бойля-Мариотта и заключаются в том, что известный объем воздуха при определенном давлении объединяется в плотно закрытом контейнере с неизвестным объемом воздуха, содержащимся в образце бетонной смеси.

Плотность бетонной смеси определялась согласно EN 12350-6: 2011.Этот метод заключается в определении веса бетонной смеси, полностью заполняя емкость известного объема.

3.3. Испытания на затвердевшем бетоне

Плотность бетона была определена в соответствии с EN 12390-7: 2011, гидростатическим методом. Метод заключается в определении массы и объема образца бетона путем определения массы вытесненной воды. Испытания проводились на образцах кубической формы со стороной 100 мм.

Испытания бетона на водопоглощение были проведены с использованием метода, описанного в стандарте PN-B-06250: 1988, после 28 дней отверждения бетона.Каждый раз испытание проводилось на 3 образцах кубической формы с размером стороны 100 мм. Образцы сначала насыщали водой до постоянной массы, а затем сушили при 105 ° C до постоянной массы.

Прочность на сжатие была испытана в соответствии с EN 12390-3: 2011. Испытание проводили с использованием силового пресса Controls MCC8 (Controls Group, Liscate, Италия). Испытания проводились на образцах кубической формы со стороной 100 мм. Образцы бетона, отвержденные более 28 дней, были извлечены из воды и отверждены при лабораторной температуре (20 ± 2) ° C до испытания.

Испытания глубины проникновения воды под давлением в бетон проводились в соответствии с EN 12390-8: 2011. Каждый раз испытание проводилось на 6 образцах бетона кубической формы со стороной 150 мм, отвержденных перед испытанием в течение 28 дней в воде.

Испытания на устойчивость бетона к циклическому замораживанию и оттаиванию в среде противообледенительной соли проводились в соответствии с EN 12390-9: 2007 с использованием «испытания плиты». Этот тест заключается в определении веса отслоившегося материала с поверхности образца бетона после 7, 14, 28, 42 и 56 циклов замораживания и оттаивания в присутствии 3% раствора NaCl.Затем для испытания использовали 4 кубических образца бетона со стороной 150 мм, которые выдерживали в течение 7 дней при 12 ° C, 20 ° C или 30 ° C. Оставшийся период отверждения и подготовки к испытанию проводился в соответствии с EN 12390-9: 2007.

Стойкость к замораживанию-оттаиванию также была проверена в соответствии с польским стандартом PN-B-06250: 1988. Испытание проводится на 12 образцах бетона кубической формы с размером стороны 100 мм, 6 из которых проходят 300 циклов замораживания / оттаивания. Результатом испытания является потеря прочности на сжатие испытанных образцов по сравнению с другими 6 «образцами-свидетелями».Перед испытанием образцы были отверждены в течение 28 дней при температуре воды 12 ° C, 20 ° C или 30 ° C.

Все результаты испытаний, представленные в этой статье, являются средними значениями минимум трех измерений. Приведенные значения неопределенности представляют собой расширенную неопределенность измерения с вероятностью расширения приблизительно 95% и соответствующим коэффициентом расширения k = 4,30 (для 3 образцов) k = 3,18 (для 4 образцов) и k = 2,57 (для 6 образцов).

4.Результаты и обсуждение

4.1. Влияние температуры на свойства бетонной смеси

Консистенция бетонной смеси проверялась тремя методами. Это было необходимо, потому что консистенция значительно различалась от одной температуры к другой, и только один из методов дает результаты, выходящие за пределы применимости этого метода.

показывает осадку, зависящую от времени испытания и температуры окружающей среды, при которой бетонная смесь была приготовлена ​​из ингредиентов, которые ранее имели ту же температуру, что и температура окружающей среды.Понятно, что температура приготовления бетонной смеси в диапазоне от 12 ° C до 30 ° C оказывает существенное влияние на консистенцию. При 30 ° C сразу после смешивания ингредиентов наблюдается минимальная осадка (20 мм), а при 12 ° C это значение достигает 280 мм, что выходит за пределы применимости данного метода испытаний.

Результаты испытаний на консистенцию бетонной смеси методом осадки в зависимости от температуры и времени испытания.

Аналогичные результаты были получены при использовании теста таблицы потоков и теста Вебе.Диаметр потока и время Vebe в зависимости от температуры, а также времени испытания показаны в и, соответственно.

Результаты испытаний на консистенцию бетонной смеси с использованием таблицы расхода в зависимости от температуры и времени испытаний.

Результаты испытаний на консистенцию бетонной смеси с помощью теста Вебе в зависимости от температуры и времени испытания.

Результаты теста на консистенцию с использованием таблицы текучести () показали уменьшение диаметра потока бетонной смеси по мере увеличения температуры и времени.Время Вебе, необходимое для уплотнения бетонной смеси, также увеличивалось с повышением температуры ().

Удобоукладываемость бетонной смеси также значительно снизилась до 60 мин. Более того, при 30 ° C снижение текучести было настолько большим, что уже через 30 минут правильные измерения были невозможны (как тест Вебе, так и тест таблицы текучести).

Представленные результаты испытаний бетонной смеси на консистенцию показали, что повышение температуры приводит к потере удобоукладываемости.Этот эффект особенно заметен при 30 ° C. При такой температуре удобоукладываемость бетонной смеси теряется уже через 30 мин. Наблюдаемое явление — это, в основном, эффект увеличения скорости испарения воды из бетонной смеси при повышенной температуре и ускоренном процессе гидратации цемента [19,21], а также при низком соотношении w / b = 0,27 в HPC. Результаты испытаний на консистенцию с течением времени сложно оценить, поскольку в литературе не было найдено никаких аналогичных испытаний бетонной смеси HPC.Потеря технологичности также может быть вызвана снижением эффективности добавки HRWR при повышенных температурах [23,35]. На практике было бы необходимо использовать больше примеси HRWR. В этой статье пропорции ингредиентов сохранены для обеспечения сопоставимости результатов испытаний.

Результаты испытаний на содержание воздуха в бетонной смеси в зависимости от температуры выдержки и времени испытаний представлены в.

Результаты испытаний на содержание воздуха в бетонной смеси в зависимости от температуры и времени выдержки.

Как показано на, содержание воздуха в бетонной смеси обычно увеличивается с увеличением температуры смеси и не изменяется значительно с течением времени. Следует отметить, что результаты, полученные при 30 ° C, могут быть недостоверными, так как при этой температуре уплотнение бетонной смеси было затруднено.

Испытания плотности бетонной смеси показали, что температура в исследуемом диапазоне (от 12 ° C до 40 ° C) не оказывает существенного влияния на этот параметр. Различия в результатах определения плотности не превышали погрешности измерения ().Аналогичные результаты были получены авторами в работе [36], которые продемонстрировали, что различия в плотности бетонной смеси, испытанной при разных температурах, незначительны.

Таблица 5

Влияние температуры на плотность бетонной смеси.

Температура окружающей среды Температура бетонной смеси Метод уплотнения Плотность
(° C) (° C) (кг / м3)
12 17.3 стержневой / ручной 2620 ± 10
20 23,5 вибростол / механический 2630 ± 10
30 32,7 вибростол / механический 2630 ± 10
40 41,6 вибростол / механический 2630 ± 10

4.2. Влияние температуры на свойства затвердевшего бетона

Испытания плотности бетона показали, что в диапазоне от 12 ° C до 30 ° C повышение температуры вызывает небольшое увеличение плотности бетона.Однако следует отметить, что эти отличия минимальны, немного превышая погрешность измерения метода испытаний ().

Таблица 6

Влияние температуры окружающей среды на плотность образцов бетона.

Температура отверждения Плотность бетона
(° C) (кг / м3)
12 2650 ± 20
20 2660 ± 10
30 2680 ± 20

Результаты испытаний на водопоглощение образцов бетона, выдержанных при различных температурах, показали, что во всех случаях полученные значения были на очень низком уровне.Наименее абсорбирующим является бетон, выдержанный при 20 ° C, а наибольшим — бетон, выдержанный при 30 ° C (), однако представленные различия следует рассматривать как небольшие. Кроме того, при повышенных температурах скорость водопоглощения увеличивается больше, чем при более низкой температуре отверждения (12 ° C). Аналогичные результаты были получены авторами статьи [37] при испытании минометов.

Водопоглощение образцов бетона в зависимости от температуры твердения бетона.

Результаты испытаний образцов бетона на сжатие в зависимости от температуры выдержки (12 ° C, 20 ° C, 30 ° C и 40 ° C) представлены в.Увеличение прочности на сжатие этих бетонов с течением времени показано на.

Результаты испытаний на прочность на сжатие бетона, выдержанного при 12 ° C, 20 ° C, 30 ° C и 40 ° C.

Таблица 7

Результаты испытаний прочности на сжатие (МПа) образцов бетона, выдержанных при 12 ° C, 20 ° C, 30 ° C и 40 ° C.

Время (дни) Температура отверждения
12 ° C 20 ° C 30 ° C 40 ° C
3 74.5 ± 5,3 84,0 ± 1,3 87,9 ± 2,5 99,0 ± 9,1
7 87,8 ± 6,1 93,1 ± 4,0 97,0 ± 11,0 103,3 ± 4,6
28 106,6 ± 2,9 116,9 ± 7,6 107,6 ± 6,3 108,8 ± 6,2
90 128,3 ± 10,4 127,3 ± 7,1 122,7 ± 6,9 119,9 ± 10,7
365 127.7 ± 4,8 131,9 ± 1,8 126,8 ± 0,6 119,0 ± 7,0
730 135,6 ± 6,9 134,8 ± 7,9 124,5 ± 3,7 119,7 ± 6,8

As can Как видно из данных в, ранняя прочность (через 3 и 7 дней) образцов бетона, отвержденных при повышенных температурах (30 ° C и 40 ° C), выше, чем прочность образцов бетона, отвержденных при более низких температурах (12 ° C и 20 ° C). ° С). Однако после более длительного периода отверждения (от 90 дней до 2 лет) наибольшая прочность была продемонстрирована для бетона, отвержденного при более низких температурах.Представленные данные показывают, что для отверждения бетона почти при всех испытанных температурах прочность аналогична в возрасте около 40 дней.

Повышение прочности бетона на сжатие в начальный период времени (до 7 суток) при повышении температуры выдержки можно объяснить ускорением процесса гидратации цемента [38]. Однако, как показывают результаты исследования [25], увеличение скорости гидратации цемента способствует формированию более слабой, более пористой микроструктуры, что в действительности приводит к снижению прочности на сжатие после более длительного периода отверждения (более 28 дней). ).

Бетон, выдержанный при 12 ° C и 20 ° C, достиг аналогичных значений прочности в возрасте 2 лет (около 130 МПа), в то время как бетон, изготовленный при 20 ° C, достиг этой прочности намного быстрее. Таким образом, можно сделать вывод, что температура 20 ° C является наиболее благоприятной из-за увеличения прочности с течением времени. Снижение ранней прочности бетона при низких температурах подтверждают и результаты исследований, представленные, например, в [22].

Результаты испытаний на глубину проникновения образцов бетона, отвержденных при 12 ° C, 20 ° C и 30 ° C, показали, что не наблюдалось значительных различий в значениях этого параметра (), который находится в диапазоне 9–11 мм.Вышеупомянутое показывает очень высокую герметичность испытанного бетона и указывает на правильно подобранный состав бетонной смеси, включая плотное распределение частиц по размерам.

Глубина проникновения воды под давлением в образцы бетона в зависимости от температуры выдержки.

Высокая герметичность бетона, показанная в испытании на глубину проникновения воды под давлением, способствует долговечности бетона. Это подтверждается результатами испытаний на устойчивость к замораживанию – оттаиванию, проведенных двумя методами: методом согласно PN-B-06250 и методом согласно EN-12390-9.

Результаты испытаний бетона на морозостойкость при оттаивании по методу PN-B-06250 представлены в. Испытания показали, что, независимо от температуры твердения бетона (12 ° C, 20 ° C и 30 ° C), этот бетон может быть классифицирован как имеющий наивысшую степень морозостойкости (F300 согласно PN-B-06250). ).

Таблица 8

Результаты испытаний на стойкость образцов бетона к циклическому замораживанию и оттаиванию, определенные по методу PN-B-06250.

Температура отверждения 12 ° C 20 ° C 30 ° C
потеря массы образцов после испытания (%) 0,01 0,00 0,03
Уменьшение прочности образцов после испытания (%) 8,6 4,3 1,7

HPC, подвергнутый 300 циклам замораживания и оттаивания, не показывает растрескивания или значительной потери массы.Снижение прочности на сжатие является самым высоким для бетона, приготовленного при 12 ° C (8,6%), и самым низким для бетона, приготовленного при 30 ° C (1,7%). Причиной наблюдаемого явления может быть тот факт, что в день начала замерзания (28-й день созревания) образцы бетона, отверждающиеся при более низких температурах, еще не достигли достаточно высокой прочности.

Результаты испытаний на стойкость образцов бетона, выдержанных при 12, 20 и 30 ° C, к циклическому замораживанию и оттаиванию в присутствии антиобледенительной соли приведены в таблице ().

Таблица 9

Результаты испытаний на устойчивость образцов бетона к циклическому замораживанию и оттаиванию в присутствии антиобледенительной соли (3% NaCl), отвержденных при 12, 20 и 30 ° C.

Температура отверждения Среднее значение масштабируемой массы образца (кг / м2)
Через 7 циклов Через 14 циклов Через 28 циклов Через 42 цикла Через 56 циклов
12 ° C 0.00 ± 0,02 0,00 ± 0,02 0,02 ± 0,02 0,02 ± 0,02 0,02 ± 0,02
20 ° C 0,00 ± 0,02 0,02 ± 0,02 0,02 ± 0,02 0,04 ± 0,02 0,04 ± 0,02
30 ° C 0,00 ± 0,02 0,02 ± 0,02 0,02 ± 0,02 0,04 ± 0,02 0,04 ± 0,02

Массы масштабирования под влиянием циклических Замерзание и оттаивание бетона при одновременном действии солевого раствора было минимальным.Таким образом, влияние температуры выдержки бетона на результат морозостойкости этого метода не было продемонстрировано. В то же время оценка по критерию Бораса доказывает, что спроектированный бетон очень хорошего качества, независимо от применяемой температуры отверждения.

5. Выводы

Высокопроизводительные вычисления все чаще используются в гражданском строительстве. Оценка влияния температуры на свойства бетона особенно важна из-за применения бетона HPC как при повышенных, так и при пониженных температурах.В данной статье представлены результаты исследований влияния температуры окружающей среды и температуры выдержки на свойства бетонной смеси и затвердевшего КВД.

Испытания на консистенцию, проведенные с использованием различных методов, показали, что смеси HPC, приготовленные при различных температурах окружающей среды (в диапазоне от 12 ° C до 30 ° C), имеют очень разную консистенцию. Осадка бетонной смеси при 20 ° C (160 мм) была почти вдвое выше, чем при 12 ° C (280 мм), и почти в пять раз ниже, чем при 30 ° C (20 мм).Эта зависимость была продемонстрирована путем выдерживания ингредиентов смеси в течение 72 ч перед выполнением смеси при предполагаемой температуре испытания.

Результаты испытаний на консистенцию свежей бетонной смеси подтверждают, что смесь HPC очень чувствительна к повышению температуры. Причиной этого может быть более быстрое испарение воды, что в сочетании с низким соотношением вода-связующее приводит к явному снижению удобоукладываемости. На этот эффект также влияет ускорение реакции гидратации цемента.Потеря удобоукладываемости бетонной смеси при повышенных температурах может существенно затруднить ее применение. Об этом свидетельствуют результаты испытаний на консистенцию, а также содержание воздуха в бетонной смеси при 30 ° C.

Было показано, что температура не оказывает значительного влияния на такие свойства, как плотность, водопоглощение и глубина проникновения воды под давлением. Указанные параметры для образцов бетона, приготовленных при разных температурах, незначительно различались.

Испытания на прочность при сжатии, проведенные в течение периода от 3 дней до 2 лет на образцах бетона, приготовленных при температурах 12, 20, 30 и 40 ° C, показали, что скорость роста прочности на сжатие увеличивается с увеличением температуры.Бетон, приготовленный при 40 ° C, достиг 99 МПа всего за три дня (т.е. 91% от 28-дневной прочности), а при 12 ° C бетон достиг 74,5 МПа (т.е. 70% от 28-дневной прочности). Это подтверждает, что при повышенных температурах скорость гидратации цемента увеличивается, что приводит к более быстрому увеличению прочности бетона на сжатие в первые 28 дней отверждения.

Через 28 дней наибольшая прочность на сжатие была достигнута за счет созревания бетона при более низких температурах. В возрасте двух лет бетон, полученный при температурах 12, 20, 30 и 40 ° C, достиг прочности на сжатие 135.6, 134,8, 124,5 и 119,7 МПа соответственно.

Как показано, повышение температуры затвердевания бетона приводит к снижению его прочности на сжатие после длительного периода времени по сравнению с бетоном, затвердевающим при более низких температурах. Это может быть связано с тем, что более высокая скорость гидратации приводит к продуктам гидратации с более нерегулярной структурой и более высокой пористостью, что отрицательно влияет на прочность на сжатие после более длительного времени отверждения.

Результаты испытаний на устойчивость к замораживанию-оттаиванию, проведенных с использованием польского стандартного метода, и «испытание плит» показывают, что HPC устойчив к замораживанию-оттаиванию.Снижение прочности на сжатие после 300 циклов замораживания и оттаивания было относительно небольшим и составило максимум 8,6% по сравнению с образцами, не подвергавшимися циклическому замораживанию и оттаиванию, в случае бетона, приготовленного при самой низкой температуре 12 ° C. Для бетона, отвержденного при 20 ° C и 30 ° C, падение прочности составило 4,3% и 1,7% соответственно. Это может быть связано с тем, что в начале испытания (28-й день выдержки) бетон, хранившийся при более низких температурах, достиг более низкой прочности на сжатие, чем бетон, хранившийся при более высоких температурах.

Испытания на морозостойкость в присутствии раствора NaCl показали минимальное образование накипи на бетонной поверхности, что является доказательством очень хорошей морозостойкости испытанного ГПВ независимо от температуры его приготовления.

Это исследование показывает значительное влияние пониженной и повышенной температуры на свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона HPC, особенно с точки зрения консистенции и прочности на сжатие. Это указывает на направления дальнейших исследований, которые должны включать изучение реологических параметров бетонной смеси HPC и их изменений во времени.Также должны быть проведены исследования, направленные на демонстрацию влияния температуры отверждения на процесс гидратации цемента для вяжущих, используемых в бетоне HPC (с низким соотношением воды и вяжущего). Дальнейшие исследования должны включать изменения гидратных фаз с течением времени.

Благодарности

Мы хотели бы выразить огромную признательность профессору Стефании Гжещик за ее ценные и конструктивные предложения при планировании и развитии этой исследовательской работы.

Вклад авторов

Концептуализация, А.К.-Дж. и K.J .; методология, A.K.-J; формальный анализ, A.K.-J. и K.J .; расследование, A.K.-J .; письменность — подготовка оригинального черновика, А.К.-Ж .; написание — просмотр и редактирование, A.K.-J. и K.J .; визуализация, А.К.-Ж .; надзор, А.К.-Ж. и К.Дж. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Работа выполнена в рамках обязательного исследования № NBS 16/2019 на кафедре инженерных материалов факультета гражданского строительства и архитектуры, Технологический университет Ополе, Ополе, Польша.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сноски

Примечание издателя: MDPI остается нейтральным в отношении юрисдикционных претензий на опубликованных картах и ​​филиалов организаций.

Список литературы

1. Эльхадири И., Эльхадири М., Пуэртас Ф. Влияние температуры выдержки на гидратацию цемента. Ceram. Силик. 2009; 53: 65–75. [Google Scholar] 2. Суцос М., Канаварис Ф. Модифицированная функция созревания медсестры-солончака (MNS) для улучшенных оценок прочности при повышенных температурах отверждения.Case Stud. Констр. Матер. 2018; 9: 1–14. DOI: 10.1016 / j.cscm.2018.e00206. [CrossRef] [Google Scholar] 3. Насир М., Аль-Амуди О.С., Аль-Гахтани Х.Дж., Маслехуддин М. Влияние температуры заливки на прочность и плотность простых и смешанных цементных бетонов, приготовленных и затвердевших в жарких погодных условиях. Констр. Строить. Матер. 2016; 112: 529–537. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.02.211. [CrossRef] [Google Scholar] 4. Эскаланте-Гарсия Дж., Шарп Дж. Влияние температуры на гидратацию основных фаз клинкера в портландцементах: часть i, смешанные цементы.Джем. Concr. Res. 1998. 28: 1259–1274. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (98) 00107-0. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Лотенбах Б., Виннефельд Ф., Алдер К., Виланд Э., Ланк П. 16. Internationale Baustofftagung. F.A. Finger-Institut fur Baustoffkunde; Веймар, Германия: 2006. Temperatureinfluss auf die Hydratation von Portland Zementen; С. 401–408. [Google Scholar] 6. Gallucci E., Zhang X., Scrivener K. Влияние температуры на микроструктуру гидрата силиката кальция (C-S-H) Cem. Concr. Res. 2013; 53: 185–195.DOI: 10.1016 / j.cemconres.2013.06.008. [CrossRef] [Google Scholar] 7. Ван К., Ши М., Ван Д. Влияние повышенной температуры отверждения на свойства цементного теста и бетона при одинаковой степени гидратации. J. Wuhan Univ. Technol.-Mater. Sci. Эд. 2017; 32: 1344–1351. DOI: 10.1007 / s11595-017-1751-2. [CrossRef] [Google Scholar] 8. Лотенбах Б., Виннефельд Ф., Альдер К., Виланд Э., Ланк П. Влияние температуры на поровый раствор, микроструктуру и продукты гидратации портландцементных паст. Джем.Concr. Res. 2007. 37: 483–491. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2006.11.016. [CrossRef] [Google Scholar] 9. Томас Дж. Дж., Ротштейн Д., Дженнингс Х. М., Кристенсен Б. Дж. Влияние температуры гидратации на поведение растворимости Ca-, S-, Al- и Si-содержащих твердых фаз в пастах портландцемента. Джем. Concr. Res. 2003. 33: 2037–2047. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (03) 00224-2. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Бак А.Д., Беркс Дж. П., Пул Т.С. Термическая стабильность некоторых гидратированных фаз в системах, изготовленных с использованием портландцемента.Управление армии, Опытная станция водных путей, Инженерный корпус; Виксбург, штат Массачусетс, США: 1985. Технический отчет. [Google Scholar] 11. Эскаланте-Гарсия Дж. И., Шарп Дж. Х. Микроструктура и механические свойства смешанных цементов гидратируются при различных температурах. Джем. Concr. Res. 2001; 31: 695–702. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (01) 00471-9. [CrossRef] [Google Scholar] 12. Эскаланте Дж., Гомес Л., Йохал К., Мендоза Г., Манча Х., Мендес Дж. Реакционная способность доменного шлака в смесях портландцемента, гидратированных в различных условиях.Джем. Concr. Res. 2001; 31: 1403–1409. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (01) 00587-7. [CrossRef] [Google Scholar] 13. Пол М., Глассер Ф. Воздействие длительного теплового (85 ° C) влажного отверждения на пасту портландцемента. Джем. Concr. Res. 2000; 30: 1869–1877. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (00) 00286-6. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Ян Х.М., Квон С.Дж., Мюнг Н.В., Сингх Дж.К., Ли Х.С., Мандал С. Оценка развития прочности бетона с измельченным гранулированным доменным шлаком с использованием кажущейся энергии активации. Материалы. 2020; 13: 442.DOI: 10.3390 / ma13020442. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 15. Цао Ю., Детвилер Р.Дж. Получение изображений в отраженных электронах цементных паст, отвержденных при повышенных температурах. Джем. Concr. Res. 1995; 25: 627–638. DOI: 10.1016 / 0008-8846 (95) 00051-D. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Кьеллсен К.О., Детвилер Р.Дж. Кинетика реакции гидратированных портландцементных растворов при различных температурах. Джем. Concr. Res. 1992; 22: 112–120. DOI: 10.1016 / 0008-8846 (92)

-H. [CrossRef] [Google Scholar] 17. Кьельсен К.О., Детвилер Р.Дж., Гьорв О.Е. Развитие микроструктуры простых цементных паст, гидратированных при разных температурах. Джем. Concr. Res. 1991; 21: 179–189. DOI: 10.1016 / 0008-8846 (91)

-I. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Вербек Г., Хельмут Р. 5-й Международный конгресс по химии цемента. Цементная ассоциация Японии; Токио, Япония: 1969. Структура и физические свойства цементной пасты; С. 1–44. [Google Scholar] 19. Невилл А. Właściwości Betonu. Polski Cement; Краков, Польша: 2010.п. 874. [Google Scholar] 20. Ортис Дж., Агуадо А., Ронсеро Дж., Зермено М. Инфлюенсия де ла температуры окружающей среды, собре лас пропиедадес де трабахабилидад и микроэлементы де мортерос и пастас де цемент. Índice. 2009; 1: 2–24. [Google Scholar] 21. Ортис Дж., Агуадо А., Агулло Л., Гарсия Т., Зерменьо М. Влияние температуры окружающей среды и влажности заполнителей на удобоукладываемость цементного раствора. Констр. Строить. Матер. 2009; 23: 1808–1814. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2008.09.016. [CrossRef] [Google Scholar] 22.Клигер П. Влияние температуры смешения и отверждения на прочность бетона. Являюсь. Concr. Inst. 1958; 54: 54–62. [Google Scholar] 23. Шмидт В., Брауэрс Х., Кюне Х.С., Менг Б. Влияние модификации суперпластификатора и состава смеси на характеристики самоуплотняющегося бетона при различных температурах окружающей среды. Джем. Concr. Compos. 2014; 49: 111–126. DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2013.12.004. [CrossRef] [Google Scholar] 24. Petit J.Y., Khayat K.H., Wirquin E. Совместное влияние времени и температуры на изменение предела текучести высокотекучего строительного раствора.Джем. Concr. Res. 2006; 36: 832–841. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2005.11.001. [CrossRef] [Google Scholar] 25. Burg R.G. Влияние температуры заливки и выдержки на свойства свежего и затвердевшего бетона. Ассоциация портлендского цемента; Скоки, Иллинойс, США: 1996. стр. 18. [Google Scholar] 26. Марар К., Эрен Э. Влияние содержания цемента и водоцементного отношения на свойства свежего бетона без добавок. Int. J. Phys. Sci. 2011; 6: 5752–5765. [Google Scholar] 27. Кьельсен К.О., Детвилер Р.Дж., Гьёрв О.E. Получение изображений в отраженных электронах цементных паст, гидратированных при различных температурах. Джем. Concr. Res. 1990; 20: 308–311. DOI: 10.1016 / 0008-8846 (90)

-C. [CrossRef] [Google Scholar] 28. Рэйчел Дж.Д., Дженнифер Н.С.А.Ф. Использование дополнительных вяжущих материалов для повышения стойкости к проникновению хлорид-ионов в бетоны, отверждаемые при повышенных температурах. Матер. J. 1994; 91: 63–66. [Google Scholar] 29. Kiernoycki W., Borucka-Lipska J. Zmiany objȩtościowe twardniejącego betonu i ich nastȩpstwa. Джем.Wapno Beton. 2004; 9/71: 19-25. [Google Scholar] 30. Барроу Р.С., Карраскильо Р.Л. Влияние летучей золы на повышение температуры в бетоне. Техасский университет в Остине; Остин, Техас, США: 1988. Технический отчет. [Google Scholar] 31. Суцос М., Хатцитеодору А., Квасны Дж., Канаварис Ф. Влияние температуры на месте на возрастание прочности бетонов с дополнительными вяжущими материалами. Констр. Строить. Матер. 2016; 103: 105–116. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2015.11.034. [CrossRef] [Google Scholar] 32.Ван Л., Куан Х., Ли К. Оценка эффективности реакции шлака в шлакоцементных растворах при различной температуре отверждения. Материалы. 2019; 12: 2875. DOI: 10.3390 / ma12182875. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 33. Кучинский В. Бетони Конструкцыне. Projektowanie Metoda̧ Kolejnych Przyblień (Iteracji) Budownictwo i Architektura; Варшава, Польша: 1956. с. 219. [Google Scholar] 34. Буковски Б., Бастиан С., Браун К., Грюнер М., Кучиньски В. Technologia Betonu. cz. 2, Projektowanie Betonów.Komitet Inżynierii; Варшава, Польша: 1972 г. [Google Scholar] 35. Grzeszczyk S., Sudoł M. Wpływ temperatury na skuteczność działania superplastyfikatorów nowej generacji. Джем. Wapno Beton. 2003. 6: 325–331. [Google Scholar] 36. Маннхеймер Р. Реология цементных растворов при высоких температурах и высоких давлениях. В: Банфилл П., редактор. Реология свежего цемента и бетона — Материалы международной конференции. CRC Press; Ливерпуль, Великобритания: 1990. стр. 384. [Google Scholar] 37. Kaczmarek A. Wpływ zmiennej temperatury powietrza podczas kondycjonowania zapraw na ich parameter techniczne.Матер. Бутон. 2018; 5: 12–13. DOI: 10.15199 / 33.2018.05.04. [CrossRef] [Google Scholar] 38. Escalante-Garcia J. Неиспаряющаяся вода из чистого OPC и материалы-заменители в композитных цементах, гидратированных при различных температурах. Джем. Concr. Res. 2003; 33: 1883–1888. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (03) 00208-4. [CrossRef] [Google Scholar]

Поведение при повышении прочности на сжатие и прогнозирование цементно-стабилизированного макадама при низкотемпературном отверждении

Для материалов на основе цемента температура отверждения определяет скорость прироста прочности и значение прочности на сжатие.В этой статье используется смесь щебня, стабилизированная 5% цемента. Три сценария отверждения с контролируемой температурой в помещении и один сценарий естественного отверждения на открытом воздухе разработаны и реализованы для изучения сценария развития прочности закона прочности на сжатие, и это стандартное отверждение при температуре (20 ° C), отверждение при постоянной низкой температуре (10 ° C), дневное взаимодействие отверждение при температуре (от 6 ° C до 16 ° C) и одно отверждение при естественной температуре на открытом воздухе (при температуре воздуха от 4 ° C до 20 ° C).Наконец, на основе метода зрелости модель оценки зрелости-силы получается путем использования и анализа данных, собранных в ходе внутренних тестов. Модель доказана с высокой точностью на основании подтвержденных результатов, полученных на основе данных наружных испытаний. Это исследование обеспечивает техническую поддержку строительства цементно-стабилизированного щебня в регионах с низкими температурами, что способствует процессу строительства и контролю качества.

1. Введение

Цементно-стабилизированный щебень представляет собой низкодозированную смесь, стабилизированную цементным основанием, и его дозировка цемента составляет 5% или около того; он обычно используется в качестве основного слоя дорожного покрытия в Китае [1].Хорошо известно, зависит ли прочность на сжатие материалов на основе цемента в значительной степени от процесса отверждения, в котором особенно важны как температура, так и время отверждения [2, 3]. Для обычных лабораторных испытаний прочности на сжатие отверждение обычно проводят в условиях постоянной температуры 20 ° C во многих национальных спецификациях [4–6]. Но для проекта строительства дорожного покрытия фактическая температура отверждения на открытом воздухе зависит от погоды. Спецификация требует, чтобы при строительстве выдерживалась температура более 5 ° C [4].Однако в северных сезонных замороженных районах, таких как китайская провинция Хэйлунцзян, несмотря на то, что температура в апреле превышает 5 ° C, температура сильно меняется и очень нестабильна. Из-за большой разницы температур между днем ​​и ночью и того факта, что обычно не достигает 20 ° C во время отверждения, прочность на сжатие иногда не может соответствовать требованиям, что приводит к ослаблению керна. Поскольку сила не может быть подтверждена, нельзя разумно организовать следующий процесс [7].Исходя из этого особого температурного режима, существует острая необходимость в изучении законов увеличения прочности на сжатие при таких различных условиях низкотемпературного отверждения. В связи с этим в данной статье разработаны несколько экспериментов в помещении и на открытом воздухе для проведения такого исследования.

Было предпринято множество исследований для изучения влияния температуры отверждения на материалы на основе цемента, такие как грунт, стабилизированный портландцементом, легкий цементированный грунт, песок, угольная зола и смеси извести [8–10].Что касается температуры отверждения, во многих исследованиях сообщалось о высокой температуре, и большинство результатов показали, что отверждение при высокой температуре может увеличить начальную прочность на сжатие [11, 12]. Прочность на сжатие и предел прочности на разрыв морских грунтов, стабилизированных цементом, которые использовались в качестве материалов для строительства дорог, были изучены при температурах отверждения от 40 до 60 ° C в исследовательской работе Ванга [13]. Escalante-Garcia et al. [14] проверили прочность на сжатие при гидратации при пяти температурах в диапазоне от 10 ° C до 60 ° C, и результаты показали, что высокая температура может улучшить начальную прочность на сжатие, но на самом деле может снизить прочность в долгосрочной перспективе.Wang et al. [15] провели испытания цемента на основе сульфоалюмината кальция при различных температурах отверждения (т. Е. От 0 ° C до 80 ° C) с целью изучения влияния эволюции гидратации на прочность на сжатие. Результаты показали, что прочность на сжатие в раннем возрасте увеличивается с повышением температуры, но уменьшается в диапазоне температур от 40 ° C до 80 ° C, а прочность на сжатие в основном зависит от степени гидратации.

О низкотемпературном отверждении в литературе сообщалось о нескольких исследованиях.Прайс [16] показал, что прочность бетонной смеси при низкой температуре развивается значительно медленнее, чем при комнатной температуре. Husem et al. [17] проверили прочность на сжатие обычного и высококачественного бетона при стандартном отверждении (при 23 ± 2 ° C) и другом низкотемпературном отверждении (при 10, 5, 0 и –5 ° C, соответственно). Результаты показали, что прочность при 10 ° C и менее 10 ° C была ниже, чем при стандартном отверждении. Kim et al. [18] исследовали развитие прочности для историй отверждения при температуре 5 ° C, 20 ° C и 40 ° C, которые показали, что прочность бетона при низкой температуре изначально была меньше, чем при стандартной температуре, но была почти такой же со временем.Marzouk et al. [19] провели испытания при пяти температурах в диапазоне от -10 ° C до 20 ° C в течение 3 месяцев и обнаружили, что существует пропорциональная зависимость между прочностью на сжатие и температурой.

Кроме того, с точки зрения прогнозирования прочности, многие литературные источники показали, что теория зрелости подходит и лучше для прогнозирования прочности, чем некоторые другие методы [20, 21]. В 1951 году Саул и др. [22] впервые предложили концепцию «зрелости», которая определялась как произведение времени отверждения и температуры.В знаменитой функции зрелости «Медсестра-Сол» было указано, что при одинаковой зрелости и сила будет примерно такой же. Хорошо известно, что модель зрелости Медсестра-Сол постоянно совершенствовалась и изменялась позже, и для прогнозирования силы были приняты различные математические модели. Например, в модели Читамбира эквивалентный возраст был предложен в качестве индекса, который сочетал в себе возраст и температуру отверждения [23]. Существует линейная зависимость между двойной логарифмической прочностью и логарифмической зрелостью при различных температурах отверждения.Jeong et al. [24] откалибровали соотношение относительной прочности и зрелости по фактору влажности.

Обзор существующей литературы показал, что, хотя было проведено много исследований по другим материалам на основе цемента, меньше исследований было предпринято для 5% стабилизированного цементом щебня. Многие исследования были посвящены влиянию температуры отверждения на прочность. Однако большинство из них были ориентированы на высокие температуры, и, кроме того, почти все отверждение (будь то при высокой или низкой температуре) проводилось при переменной постоянной контролируемой температуре в лабораторной камере.Важно отметить, что при таком отверждении не учитывались чередующиеся изменения температуры в течение реальных дней и ночей (как в строительном проекте), и не проводились испытания в естественных условиях на открытом воздухе. Таким образом, цель данного исследования состоит в том, чтобы сосредоточить внимание на законе увеличения прочности 5% цементно-стабилизированной щебеночной смеси при низкой температуре, которая соответствует фактической температуре строительного проекта. Теория зрелости будет использоваться для прогнозирования прочности на сжатие.Будет выбрана соответствующая функция, и соответствующие параметры будут откалиброваны и получены путем использования и анализа экспериментальных данных. Результаты исследований обеспечат техническую поддержку строительства цементно-стабилизированного щебня в регионах с низкими температурами, что благоприятно сказывается на качестве строительства и управлении процессом.

2. Описательный анализ температур в районе Харбина

Город Харбин, провинция Хэйлунцзян, Китай, расположен на северной широте 44 ° 04′∼ 46 ° 40 ′, в основном равнине, относящейся к континентальному муссонному климату северной умеренной зоны. и температура быстро меняется весной и осенью.Годовое количество осадков достигает 400–600 мм, коэффициент влажности находится в пределах 0,25–1,25, а средний максимум вечной мерзлоты составляет 120–240 см.

Распределение температуры от 15 -го до 30 -го апреля с 2012 по 2014 год в Харбине показано на Рисунке 1. Тенденция высокой и низкой температуры в период строительства в основном аналогична. Большинство высоких температур распределяются в диапазоне от 15 ° C до 20 ° C, а большинство низких температур находятся в диапазоне от 5 ° C до 10 ° C.Средняя высокая температура составляет 16 ° C, а средняя низкая температура — 6 ° C.

На рис. 2 показаны данные о суточной температуре с 15 -го до 30 -го апреля 2014 г. в городе Харбин. Данные других лет следуют аналогичной схеме. Примерно с 2:00 до 4:00 температуры были самыми низкими, с 5:00 температура начала стабильно повышаться в течение 9 часов с высокой скоростью, в 12:00 — 14:00 температуры достигли максимума, а затем температуры начали непрерывно снижаться. в течение 15 часов по относительно низкой цене.

3. Планы тестирования в помещении и на открытом воздухе

В соответствии с законом изменения температуры были разработаны три варианта тестирования в помещении и один тест на открытом воздухе. Температуры трех испытаний в помещении были определены в соответствии с данными почти за 3 года в Харбине, как показано на Рисунке 3, а испытания на открытом воздухе начались в 17 th апреля 2015 года.

Образцы цилиндров 150 мм Размер × 150 мм с 5% -ным содержанием щебня, стабилизированного цементом, были приготовлены в соответствии со схемой смеси стабилизированного щебня.Ежедневно проводились испытания прочности на неограниченное сжатие при трех различных температурах отверждения.

Случай 1. (отверждение при стандартной температуре): стандартное отверждение полностью соответствовало требованиям спецификации операции, при которой температура составляла 20 ° C. Испытание на безусловное сжатие проводилось с 3 -го дня до 7 -го дня. Прочность на сжатие 7 th день (то есть стандартная прочность 7 th ) использовалась в качестве эталона для справки.

Случай 2. (отверждение при постоянной низкой температуре): температура отверждения составляла 10 ° C, которая была определена в соответствии со средними высокими и средними низкими температурами, взвешенными по времени в течение почти трех лет. Прочность на сжатие была проверена, и испытания не прекращались до тех пор, пока прочность на сжатие не превысила стандартную прочность 7 th .

Случай 3. (отверждение при дневной температуре взаимодействия): температура была изменена в испытательной камере для имитации больших колебаний дневной и ночной температур.Как показано на рисунке 3, высокая температура поддерживалась на уровне 16 ° C с 7:00 до 15:00 в течение 8 часов, а низкая температура составляла 6 ° C с 16:00 до 6:00 в течение 14 часов. С 6:00 до 7:00 температура повысилась с 6 ° C до 16 ° C, а с 15:00 до 16:00 температура снизилась с 16 ° C до 6 ° C. Кроме того, прочность на сжатие будет продолжаться после 7 th дней до тех пор, пока прочность не превысит стандартную прочность 7 th .

Случай 4. (отверждение при естественной температуре наружного воздуха): согласно данным прогноза погоды, испытание началось 17 апреля 2015 года.Образцы помещали в яму для испытаний. Был смоделирован основной слой дорожного покрытия и методы отверждения, а прочность на сжатие была проверена с 7 -го -го дня до тех пор, пока прочность не превысила стандартную прочность 7 -го . Конкретный рабочий процесс и метод измерения температуры обсуждаются ниже.
Сначала была вырыта яма глубиной 15 см, а дно выровняли. Затем образцы были аккуратно помещены в яму, и промежуток был заполнен мелким заполнителем и уплотнен.Верх был покрыт белым геотекстилем для сохранения влаги, а вода разбрызгивалась на поверхность каждый день в полдень. Фотографии размещения образцов показаны на рисунке 4.
Три образца использовались для измерения температуры. На каждом образце четыре датчика температуры были встроены в верхнюю, среднюю внешнюю, нижнюю и центральную части тела, которые использовались для измерения температуры различных частей каждого образца. На рис. 5 схематически показано расположение датчиков температуры, среди которых центральный датчик был встроен в процесс производства образца, а три внешних датчика были позже закреплены на поверхности.Изображения, показывающие центральные датчики и средние внешние датчики, приведены на рисунке 6. Во время периода отверждения на открытом воздухе для измерения температуры использовался переносной термометр, и частота измерения составляла 1 показание / час.

4. Характеристики материала и методы испытаний
4.1. Характеристики цемента

В эксперименте использовался цемент Harbin TIANE 425 #. Технические показатели цемента приведены в таблице 1. Обратите внимание, что дозировка цемента составляет 5% от массы заполнителя.


Индекс Время начального схватывания Время окончательного схватывания 3D прочность (МПа)
Прочность на сжатие Прочность на изгиб

900 Значение 1 ч 3 мин 2 ч 40 мин 21,3 4,8

4.2. Aggregate Grade

Используемые агрегаты были четырех размеров: 2 см – 3 см, 1 см – 2 см, 0,5 см – 1 см и 0 см – 0,5 см. Используемый гравий соответствовал требованиям «Технических условий для строительства дорожного покрытия (JTJ034-2000)». Марка композитного заполнителя представлена ​​в таблице 2.


Размер экрана (мм) 26,5 19 9,5 4,75 2,36 0,6 0.075

Композитный сорт 97,7 77,0 48,0 28,6 21,0 10,5 2,2

4,3 Испытание на уплотнение

Для подготовки к изготовлению образца максимальная плотность в сухом состоянии и оптимальное содержание воды в смеси были определены путем испытаний на уплотнение. В соответствии с процедурами, описанными в «Методике испытаний стабилизированных материалов для неорганического связующего для дорожного строительства (JTG E51-2009)», оптимальное содержание воды составляло 6.8%, а максимальная плотность в сухом состоянии составляла 2,144 г / см 3 .

4.4. Испытание на неограниченное сжатие

Образцы были изготовлены и хранились в камере для отверждения. В соответствии с требованиями температуры отверждения в трех случаях контролировались на уровне 20 ° C и 10 ° C и в диапазоне от 6 ° C до 16 ° C. Образцы были подвергнуты испытаниям на безусловное сжатие в соответствии с разработанным планом испытаний.

5. Результаты и обсуждение
5.1. Результаты испытаний в помещении

На рис. 7 показан закон увеличения прочности на сжатие для трехкомпонентных испытаний в помещении.Что касается стандартной температуры отверждения, равной 20 ° C (случай 1), прочность увеличивается с увеличением времени отверждения, и скорость прироста изначально высока, но постепенно снижается до 7 -го дня. Прочность составляет 3,5 МПа, что соответствует требованиям стандарта. В условиях постоянной низкой температуры 10 ° C (Случай 2) прочность на сжатие непрерывно увеличивается с увеличением времени отверждения, но скорость прироста меньше, чем при стандартных условиях отверждения. Прочность на сжатие — 2.2 МПа в день 7 th , что составляет лишь 62,9% от стандартной прочности 7 th . Прочность на сжатие не достигает стандартной прочности 7 th до 14 th день. При дневной температуре взаимодействия от 6 ° C до 16 ° C (Случай 3) прочность на сжатие также увеличивается с увеличением времени отверждения, но скорость прироста меньше, чем при стандартном отверждении, а также немного меньше, чем что в условиях постоянного низкотемпературного отверждения.Прочность на сжатие составляет 2,1 МПа в день 7 th , что составляет только 60% от стандартной прочности 7 th при стандартных условиях отверждения. Прочность на сжатие не достигает стандартной прочности 7 th до 14 th день.

5.2. Результаты испытаний на открытом воздухе
5.2.1. Закон переноса температуры образцов в естественной среде на открытом воздухе

На рисунке 8 показана кривая дневной температуры в каждом положении образцов 20 апреля 2015 г.Видно, что изменение температуры в образцах было аналогично изменению температуры воздуха, а диапазон колебаний в верхней части был больше, чем в средней и нижней частях. Разница между центральным и средним внешним видом была небольшой, что указывало на небольшой перенос температуры в горизонтальном направлении. Закон переноса температуры образцов в естественной среде на открытом воздухе представлен следующим образом: (1) С 6 часов утра температура начала повышаться, и разница температур между верхней, средней и нижней частями также постепенно увеличивалась.(2) В 11:00 — 14:00 разница температур между верхней и нижней частями достигла максимума 8 ° C, в то время как разница между верхней и средней температурой составила около 6 ° C, а разница температур средней и нижней составляла около 2 ° C. С. Это ясно указывало на то, что температура демонстрировала нелинейную картину в направлении глубины. Другими словами, тепло, полученное поверхностью, было самым значительным; затем тепло заметно уменьшилось, когда оно перешло в середину, и почти не существовало до дна.(3) В 13 часов дня верхние температуры достигли максимума, а в 14 часов средняя и нижняя температуры достигли максимума днем. После этого температура всех частей постепенно снижалась, при этом температура верхней части падала с максимальной скоростью, а средняя и нижняя температуры медленно снижались. (4) С 20 часов вечера до почти 5 часов утра или около того температуры в каждой позиции были в основном то же самое, в котором разница температур между верхней, средней и нижней частями находится в пределах 2 ° C.

Данные «Температура × Время» использовались в качестве индекса для анализа статуса отверждения в каждой позиции образцов. Кумулятивная сумма «Температура × Время» для каждого положения образцов в естественной окружающей среде была рассчитана для 7 -го дня и показана в Таблице 3. «Температура × Время» для 7 -го дня стандартного отверждения была рассчитано как 3360 ° C · ч.

900 93

900

2


Место отверждения, дни (г) Верхний Средний Нижний Центральный

7 2057
7 2057 1690
8 2360 1987 1641 1946
9 2660 2247 1853 2200
10 10 2462
11 3265 2779 2280 2719
12 3569 3045 2498 2979
1398 2979
1398 2720 ​​ 3246

Как видно из Таблицы 3, когда отверждение продолжалось до 12 -го дня, значение «Температура × Время» в верхнем положении достигло 3569 ° C · ч, что превысило стандартное отверждение на 7 чт сут 3360 ° C · час.Однако она составляла всего 2498 ° C · ч в нижнем положении и 2979 ° C · ч в центральном положении. Основываясь на теории зрелости, можно считать, что прочность на сжатие в верхнем положении достигла стандартной прочности 7 th , а в среднем и нижнем положениях не достигла стандартной прочности 7 th . Это также может быть хорошим объяснением того, почему на строительной площадке иногда может произойти сбой керна, когда только верхняя часть является твердой, а нижняя часть довольно рыхлая, как показано на Рисунке 9.

5.2.2. Закон увеличения прочности при отверждении при естественной температуре на открытом воздухе

На рисунке 10 показан закон увеличения прочности при отверждении при естественной температуре на открытом воздухе. Прочность на сжатие увеличивается с увеличением количества дней выдержки. Прочность на 7-й день составляла 2,2 МПа, что составляло всего 62,9% от стандартного отверждения, и достигло стандартной прочности 7 th , когда количество дней достигло 13.

6. Сравнение закона увеличения прочности и установление срока зрелости Модель
6.1. Сравнение закона увеличения прочности при четырех условиях отверждения

На рисунке 11 представлены сравнения кривых увеличения прочности на сжатие при различных условиях отверждения. Можно сделать следующие выводы: (1) Во всех четырех случаях прочность на сжатие увеличивалась с увеличением времени отверждения. Прирост скорости отверждения при низкой температуре был ниже, чем при отверждении при стандартной температуре отверждения. Коэффициенты усиления можно отсортировать в порядке убывания (от высокого к низкому): отверждение при стандартной температуре> отверждение при естественной температуре на открытом воздухе> отверждение при постоянной низкой температуре> отверждение при дневной интерактивной температуре, в котором разница между двумя последними была незначительной.(2) Кривые увеличения прочности для четырех случаев соответствовали логарифмической кривой с видом функции. После калибровки модели было обнаружено, что средний коэффициент усиления для стандартной температуры составил a = 1,0152, для постоянной низкой температуры 10 ° C он составил a = 1,4635, для дневной интерактивной температуры он составил a. = 1,5106, а для естественной температуры наружного воздуха средний коэффициент усиления составил a = 1,6107. (3) Для достижения той же силы 3.При 5 МПа количество дней, необходимых для каждого из этих четырех случаев, было показано следующим образом: 7 дней для стандартной температуры, 14 дней для постоянной низкой и дневной температуры взаимодействия и 13 дней для температуры наружного воздуха. (4) 7 th день стандартная прочность достигла 3,5 МПа, в то время как остальные три составляли 2,2 МПа, 2,1 МПа и 2,2 МПа, соответственно, что составляло только 62% или около того. (5) Среди трех случаев низкотемпературного отверждения Кривые постоянной низкой температуры и естественной наружной температуры были такими же до дня 11 , оба из которых также были очень близки к случаю дневной температуры взаимодействия, хотя дневное интерактивное увеличение было самым медленным среди этих трех случаев.Теория зрелости будет использована для объяснения этого результата в следующем разделе.

6.2. Оценка и прогноз модели зрелости-прочности

Смесь щебня, стабилизированная цементом, состоит в основном из цемента, рассортированного щебня и воды. По составу аналогичен цементобетону. Единственная разница заключается в дозировке цемента. Теория зрелости широко используется для прогнозирования прочности цементного бетона. Таким образом, с точки зрения состава материала, функция прогнозирования может быть установлена ​​на основе теории зрелости для прогнозирования прочности на сжатие 5% -ной цементно-стабилизированной смеси щебня.Поскольку цементно-стабилизированный щебень можно рассматривать как цементный бетон с низкой дозой цемента, есть четыре функции, которые можно использовать на основе существующих исследований цементного бетона, включая степенную функцию, логарифмическую функцию, экспоненциальную функцию и гиперболическую функцию [25 ].

Зрелость трех экспериментов в помещении была рассчитана и показана в таблицах 4 и 5. Взаимосвязь между зрелостью и силой в трех случаях показана на рисунке 12. Кажется, что логарифмические функции являются лучшими прогностическими кривыми во всех трех случаях. и, следовательно, он использовался в качестве предпочтительной функции для цементно-стабилизированной щебеночной смеси.Кроме того, путем объединения данных по всем трем случаям и разработки единой прогнозной модели параметры a = 1,9358 и b = 12,183 были получены путем аппроксимации данных прочности на сжатие и зрелости, а коэффициент корреляции составил R 2 = 0,9907. Короче говоря, модель прогнозирования зрелости и прочности 5% цементно-стабилизированной щебеночной смеси была.


дней 3 дня 4 дня 5 дней 6 дней 7 дней

Стенд отверждения 2400 2880 3360

9 0878 3042


дней 10 7 d 8 d 9 d 9 d 11 d 12 d 13 d 14 d

Корпус 2 1680 1920 2160 2400 2640 2880 332060 900
Корпус 3 1638 1872 2106 2340 2574 2808 3276

Для случаев естественного отверждения на открытом воздухе данные центрального положения использовались для расчета зрелости. Следует отметить, что один час использовался в качестве диапазона температур, затем накапливались в один день и снова накапливались по дням, чтобы получить стоимость погашения.Используя полученную функцию для прогнозирования прочности на сжатие при отверждении на открытом воздухе, результаты были показаны в таблице 6. Обратите внимание, что эти результаты были очень близки к испытанной прочности, а коэффициент корреляции достиг 99,865%, что ясно указывает на высокий точность модели. Согласно модели, прочность на сжатие при низкотемпературном отверждении может быть спрогнозирована с учетом зрелости, что дает справочную информацию для расчета прочности и определения графика строительного проекта для инженерных приложений.

900 Срок погашения (° C · ч)

9087


дней 7 дней 8 дней 9 дней 10 дней 11 дней 12 дней 13 дней

1690 1946 2200 2462 2719 2979 3246
Испытанное значение (МПа) 2.200 2.500 2.700 2,900 3,100 3,300 3,500
Прогнозируемое значение (МПа) 2,205 2,478 2,715 2,933 3,125 3,302
7. Заключение

В настоящем исследовании обсуждается закон увеличения прочности на сжатие для 5% -ного цементного щебня при низкотемпературном отверждении, с особым акцентом на отверждение при различных температурах, которые аналогичны различным температурам воздуха в реальный мир.

В этой статье были проведены эксперименты с тремя вариантами отверждения при температуре в помещении и одним естественным отверждением на открытом воздухе. Экспериментальные результаты показали, что прочность на сжатие увеличивалась с увеличением времени отверждения во всех четырех случаях и что скорость увеличения при низкой температуре была меньше, чем при стандартной температуре. Коэффициенты усиления можно отсортировать в порядке убывания: отверждение при стандартной температуре> отверждение при естественной температуре вне помещения> отверждение при постоянной низкой температуре> отверждение при дневной интерактивной температуре.Стандартная прочность достигла 3,5 МПа на 7 сутки, в то время как остальные составляли только 62% или около того. Численные результаты также показали, что для достижения той же прочности 3,5 МПа количество дней, необходимых для каждого случая низкой температуры, составляло 14 дней как для постоянной низкой, так и дневной температуры взаимодействия и 13 дней для температуры наружного воздуха.

Согласно температурным данным и информации о прочности, собранной в ходе нескольких испытаний в помещении, была создана оценочная модель для прогнозирования прочности на основе теории зрелости.Доказано, что модель обладает способностью прогнозировать с высокой точностью на основе подтвержденных результатов, полученных на основе данных наружных испытаний.

По мере развития направления исследований в будущем характеристики, связанные с прочностью на сжатие в долгосрочной перспективе, также могут быть исследованы с большим количеством данных, собранных с течением времени.

Доступность данных

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

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы выражают искреннюю благодарность Национальной программе ключевых исследований и разработок Китая (2017YFF0205600) за финансовую поддержку.

NEW в СФ и СНП с добавлением цементного теста.

Контекст 1

… P c — капиллярная пористость цементной матрицы, w / c — водоцементное соотношение, ρ c + p — удельный вес цементного теста, содержащего SF и SNP, α T — степень гидратации в момент времени (t) и 1.15 — коэффициент объемного расширения продукта гидратации по отношению к прореагировавшим пуццолановым материалам (при условии, что продукты гидратации имеют одинаковый объем, простой или модифицированный) (Bentz 2006; Neithalath et al. 2009). В настоящем исследовании некоторые отобранные гидратированные образцы (1 и 28d) были исследованы с использованием методов инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR), термогравиметрического анализа (TGA) и сканирующего электронного микроскопа / энергодисперсионного рентгеновского излучения (SEM / EDX). . Перед анализом в желаемое время гидратации образцы цементной пасты измельчали ​​в порошок и погружали в ацетон для прекращения процесса гидратации на 24 часа.Далее порошкообразные образцы сушили в сушильном шкафу при 105 ° C в течение 4 ч, затем образцы запаивали во флаконы для образцов для дальнейшего инструментального анализа. Спектроскопический анализ FTIR проводили с использованием ИК-спектрометра Thermo Nicolet (модель: NEXUS 1100, США) в диапазоне 400-4000 см -1 для изучения химической связи в гидратированных фазах (Yu et al. 1999). ТГА проводили с использованием термогравиметрического анализатора Perkin-Elmer при скорости нагрева 10 ° C мин -1 с азотом в качестве среды в статических условиях.Температурный диапазон потери массы от 110 ° C до температуры, при которой начинается потеря CH (400 ° C), считается показателем потери воды из всех типов CSH, образующихся в гидратированном портландцементе с наночастицами кремнезема и без них (Ramachandran et al. 2001). Микроструктуру образцов исследовали с помощью SEM (LEO — 438 VP) при ускоряющем напряжении 15-20 кВ и анализировали в режиме переменного давления (VP) с золотым покрытием для улучшения поверхностной проводимости (Gallucci et al.2013). EDX (производитель: Bruker; модель: X-Flash Detector 5010) собирается с SEM для анализа элементного состава. Определение NEW — широко используемый метод контроля степени гидратации цементного теста. Чтобы изучить влияние SNP и SF на гидратацию цемента, NEW измеряли в разные промежутки времени. Таблица 2 показывает, что простой цемент объединяет 0,02 г воды за 1 час, тогда как цемент с SF (1%) и SNP (1%) объединяет больше 0,035 и 0,06 г. воды. Это может происходить из-за большой площади поверхности SNP, служащих дополнительными сайтами для образования продукта гидратации.Когда вода вступает в контакт с зернами цемента, начинается растворение ионов, и эти ионы объединяются с водой с образованием продуктов гидратации в течение прединдукционного периода. Постепенно, когда начинается индукционный период, процесс гидратации становится медленным, что очевидно: количество NEW составляет 0,025, 0,02 и 0,025 г в цементе через 2, 3 и 4 часа, почти постоянно в течение этого периода, но все же выше в модифицированном цементе SNP, т.е. 0,06 , 0,065 и 0,075 г (рис.1). Далее, в период разгона количество NEW было 0.065, 0,095 и 0,12 г в обычном цементе, SF (1%) и SNP (1%) включали цементную пасту, соответственно, на 1 день гидратации. Было обнаружено, что процентное приращение NEW в цементном тесте, модифицированном SNP, было выше (~ 46%), тогда как в цементе с добавкой SF оно составляло до ~ 31%, тем самым подтверждая наши более ранние исследования, что SNP ускоряют раннюю стадию гидратации (Singh и др. 2012). После этого с увеличением времени гидратации NEW увеличилось до 0,145 г при 28 сутках и 0,155 г при 56 сутках в обычном цементе, аналогично в SNPs с цементом 0.17 и 0,175 г при 28 и 56d соответственно. Следовательно, можно сделать вывод, что образование продуктов гидратации за счет включения SNP и SF не имеет большого дополнительного эффекта в более позднем возрасте. Кроме того, NEW также определялся, поскольку количество SNP увеличивалось с 1 до 3% и не наблюдалось значительных изменений в содержании NEW. Для количественного определения общего количества продуктов гидратации (кристаллических и полукристаллических), включая CH, C-S-H гель, эттрингит и т.д. в цементе, определяли DOH. Предполагается, что пуццолановая реакция аморфного кремнезема с гидроксидом кальция не требует дополнительного расхода воды (Papadakis 1999; Madani et al.DOH определяли от 1 до 6 часов непрерывно с интервалом в час, чтобы изучить влияние наночастиц кремнезема на ранний возраст гидратации. На рис. 2 показано, что через 1 час DOH в обычном цементном тесте составляет 8,6%, тогда как в SF (1%) и SNP (1%) добавленный цемент — 15,2% и 26% соответственно. Этот прирост DOH был выше в цементном тесте с добавкой SNP из-за образования дополнительных продуктов гидратации. Во время индукционного периода процесс гидратации замедляется, так как слой исходного продукта гидратации образуется вокруг зерен цемента, что дополнительно снижает скорость растворения зерен цемента.Следовательно, в обычном цементе от 2 до 5 часов DOH остается постоянным на уровне около 10,8%, тогда как в модифицированном цементе SNP прирост DOH наблюдался как 26% ​​через 2 часа и 32,6% через 5 часов. Это непрерывное увеличение DOH в раннем возрасте гидратации объясняется эффектом зародышеобразования SNP, когда продукты гидратации зарождаются на поверхности SNP. Позже для простого цементного теста и цементного теста с добавлением SF (1%) DOH увеличился до 67,3 и 70%, в то время как в SNP (1%) добавленный цемент составил 76% при 56d (рис.2). Это увеличение DOH в более позднем возрасте вызвано пуццолановым эффектом, когда концентрация ионов кальция в поровом растворе снижается и, следовательно, растворение зерен цемента ускоряется (Singh et al. 2012). Кроме того, с увеличением доз SNP (3%), DOH также увеличивался таким же образом, как и NEW, и количество продуктов гидратации было определено на ~ 85% при 56d (рис. 3). Первоначально после добавления воды в цемент все пространство, занятое водой, называется капиллярными порами.На рисунке 4 показано изменение капиллярной пористости со временем для пасты, модифицированной SF и SNP. Из-за образования начального продукта гидратации до 1 часа капиллярная пористость была рассчитана как 47,5% в обычном цементе. В отличие от цемента с добавками SF и SNP, капиллярная пористость значительно снизилась даже через 1 час и составила 41,1 и 35,5% соответственно. По мере продолжения гидратации объем капиллярных пор во всех образцах уменьшается. На 1d в обычном цементе пористость снижается до 36.8%, в то время как в SF он снижается до 23%, а в SNPs с добавлением образцов цемента — всего 16%. Уменьшение капиллярных пор более значительно в образцах, содержащих SNP. Это связано с тем, что в SNPs добавлено цементное тесто, скорость образования продукта гидратации выше, чем у SF и обычного цемента. Кроме того, из-за пуццолановой реакции CH регулярно потреблялся SNP и образовывал дополнительный CSH, что приводило к самой низкой пористости (Singh et al. 2012). Такое измельчение системы пор поддерживает формирование более плотной микроструктуры, поскольку зазор между частицами сводится к минимуму. за счет связывания продуктов гидратации.Термогравиметрические потери образцов анализировали с помощью ТГА. Потеря веса в первой области от 110 до 400 ° C была рассчитана по кривой ТГ для дегидратации молекул воды в C-S-H (Kim et al. 2013; Jain et al. 2009). Вторая область термического разложения произошла при температуре 400-500 ° C, что соответствует потере массы, связанной с дегидроксилированием CH. В таблице 3 представлена ​​потеря веса геля C-S-H и CH, образовавшегося во время гидратации в присутствии SF и SNP, показанных на фиг. 5а и 5б.Потеря массы на кривых TG простого гидратированного цемента, цемента с добавлением SF и SNP, произошедшая в первой области, составила 2,1, 2,2 и 3,4% соответственно за 1 день, а 4,4, 4,8 и 5,8% соответственно за 28 дней гидратации. Этот результат указывает на постепенное увеличение потери веса для контрольных, SF и SNP, где самый высокий процент был обнаружен в SNP, включающем цемент, из-за более высокой степени образования C-S-H. Аналогично, за 1 день термическое разложение CH …

Высокопрочный экологически чистый бетон с использованием наночастиц кремнезема

Строительство и строительные материалы 138 (2017) 285–295

Списки содержания доступны на сайте ScienceDirect

Домашняя страница журнала «Строительные и строительные материалы»: www.elsevier.com/locate/conbuildmat

Высокопрочный устойчивый бетон с использованием наночастиц кремнезема R. Palla, S.R. Караде, Г. Мишра, У. Шарма, Л.П. Сингх ⇑ CSIR-Central Building Research Institute, Roorkee 247667, India

h i g h l i g h t s SNP ускоряют процесс гидратации и сокращают период бездействия. С включением SNP начальная и конечная настройки значительно уменьшаются. Оптимальные дозировки SNP зависят от соотношения веса и веса смеси. Было обнаружено, что увеличение силы в случае включенных образцов SNP преобладает в раннем возрасте.Механические свойства и долговечность смесей, содержащих СНП, улучшаются на 20–30% через 28 суток.

статья

информация

История статьи: Поступила 5 октября 2016 года Получена в пересмотренном виде 24 января 2017 Принята 30 января 2017 года

Ключевые слова: Наночастицы кремнезема Высокопрочный бетон Летучая зола

аннотация В этом исследовании рассматривается влияние наночастиц кремнезема ( SNPs) в больших объемах летучей золы (замена 40%) цементном тесте, растворе и бетоне.Содержание SNP (0,5–3,0%) было добавлено по массе связующего, а соотношение масс / масс (0,23, 0,25 и 3,0) было оптимизировано в системе пасты и строительного раствора. Калориметрические результаты показывают, что процесс гидратации был ускорен в результате включения SNP, а период покоя сокращался на 4 часа с 2% SNP по сравнению с контролем. Влияние оптимальных доз добавок НЧС на бетон с точки зрения механических свойств и прочности было изучено при соотношении масс 0,25. Результаты прочности на сжатие смесей с добавлением SNP показали улучшение на 61% через 3 дня и 25% через 28 дней гидратации по сравнению с контролем.Исследования долговечности на 28-й день показали, что с введением SNP пористость, сорбционная способность и водопоглощение снизились до 25-40% и уплотнили межфазную переходную зону (ITZ). Ó 2017 Elsevier Ltd. Все права защищены.

1. Введение Возросшие экологические проблемы, такие как глобальное потепление, загрязнение окружающей среды, истощение природных ресурсов, побудили различные секторы промышленности задуматься об устойчивости в своих соответствующих областях. В строительном секторе бетон составляет основную часть строительных материалов из-за его низкой стоимости и хороших механических свойств.Сообщается, что его норма потребления составляет почти 1 м3 на человека в год. При таком увеличивающемся уровне потребления из-за его превосходных качеств его последствия также стали преобладающими. Основным компонентом бетона, ответственным за углеродный след, является цемент, тогда как на долю цементной промышленности приходится около 5% общих глобальных выбросов CO2. Чтобы решить эту проблему и сделать бетон более устойчивым, были предприняты различные попытки. Одним из основных исследований является замена цемента дополнительными пуццолановыми материалами, такими как летучая зола (FA), измельченный гранулированный доменный шлак (GGBS), метаколин, рис ⇑ Автор, отвечающий за переписку.Адреса электронной почты: [защищенная электронная почта], [защищенная электронная почта] (Л. П. Сингх). http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.01.129 0950-0618 / Ó 2017 Elsevier Ltd. Все права защищены.

зола шелухи и т. Д. Хотя эти материалы в значительной степени служили этой цели, были проблемы, касающиеся отсроченного времени схватывания и прочности в раннем возрасте при использовании в больших количествах. Нанотехнология — это новая область в строительном секторе, в которой различные типы наноматериалов используются для улучшения желаемых свойств бетона.Например, были исследованы частицы нано-TiO2 для самоочищения, углеродные нанотрубки для повышения прочности на изгиб, частицы нано-CaCO3 для самовосстановления и наночастицы кремнезема (SNP) для высокоэффективного бетона. SNP широко используются в бетоне благодаря его превосходным характеристикам, таким как высокая прочность в раннем возрасте из-за эффекта зародышеобразования, увеличение прочности в более позднем возрасте из-за дополнительного образования геля CSH и эффекта наполнителя, уменьшение сегрегации и просачивания, сокращение времени схватывания, лучшее термическое поведение [1–11].Кроме того, включение SNP делает бетон более прочным с точки зрения пониженного водопоглощения, улучшенной пористости, более низкого содержания кальция и лучшей устойчивости к проникновению хлоридов и сульфатов [12–16]. Тем не менее, были некоторые сообщения, указывающие на проблемы с развитием силы в более старшем возрасте [17–19] и ее регресс в более позднем возрасте [20–22]. Эти вопросы не рассматривались

286

R. Palla et al. / Строительные и строительные материалы 138 (2017) 285–295

, однако в некоторых литературах сообщается, что это могло быть из-за автогенной усадки или превращения геля C – S – H в тоберморит или из-за образования толстого плотного слоя на поверхности поверхность частиц ТВС и тем самым ухудшает или замедляет реактивность ТВС [23].В настоящей работе систематическое исследование пасты, строительного раствора и бетона было проведено на системе крупномасштабной системы зольной пыли (HVFA) с включением SNP. Дозировки SNP и соотношение воды и связующего были оптимизированы в исследованиях пасты и строительного раствора, и эти оптимизированные дозировки использовались в конкретных исследованиях.

Таблица 2 Смеси, отлитые для исследования пасты и раствора. Связующее

w / b соотношение

Содержание SNP как добавка (bwob)

Обозначение

60% цемента + 40% FA

0.23

0% 0,5%

0,23-Control 0,23–0,5% SNPs 0,23–1,0% SNPs 0,23–1,5% SNPs 0,23–2,0% SNPs 0,23–3,0% SNPs 0,25-Control 0,25–0,5% SNPs 0,25–1,0% SNPs 0,25–1,5% SNP 0,25–2,0% SNP 0,25–3,0% SNP 0,3-Control 0,3–0,5% SNP 0,3–1,0% SNP 0,3–1,5% SNP 0,3–2,0% SNP 0,3–3,0% SNP

1,0% 1,5% 2,0 %

2. Материалы и методы

3,0%

2.1. Материалы 0,25

Обычный портландцемент (OPC) с тонкостью помола по Блейну 390 м2 / кг, соответствующий стандарту IS 8112: 1989 [24], и летучая зола класса F (FA) с площадью поверхности 252 м2 / кг, подтверждающая IS 3812 (Часть 2 ): 2003 [25].Химический состав цемента и ТВС приведен в таблице 1. Для настоящего исследования использовались синтезированные в лаборатории дисперсные НЧС с площадью поверхности 116 м2 / г и суперпластификатор (СП) четвертого поколения — эфир поликарбоновой кислоты. Два типа песка, первый — это стандартный песок Ennore, имеющий удельный вес 2,60 и модуль дисперсности 2,77, использовался для исследований строительных растворов, а второй — речной песок с удельным весом 2,57 и модулем дисперсности 2,98 использовался для бетона. образцы.Угловые дробленые агрегаты с максимальным размером 10 мм использовались как крупные агрегаты с удельным весом 2,62 и модулем крупности 7,34. Было обнаружено, что агрегаты удовлетворяют требованиям IS 383: 1970 [26].

0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 3,0%

0,3

0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 3,0%

2.2. Дозирование смеси Во время всего исследования 40% -ное содержание FA использовалось в качестве постоянного количества замещения цементом, а пропорции смеси, использованные для заливки пасты и раствора, были приведены в Таблице 2.Содержание SNP (0,5%, 1,0%, 2,0% и 3%) было добавлено к массе связующего, и для оптимизации дозировки SNP и соотношения масс / масс использовались три различных соотношения вес / вес (0,23, 0,25 и 3,0). в изучении пасты и строительного раствора. Оптимизированная смесь (основанная на прочности на сжатие образцов цементного теста и раствора) использовалась для исследований бетона. Дозирование бетонной смеси основывалось на градационной кривой Фуллера и Томпсона для гранулометрического состава, в то время как соотношение вес / вес и содержание цемента основывались на требованиях к высокопрочному зольному бетону (Таблица 3).2.3. Испытания Испытание на прочность при сжатии образцов пасты и раствора проводилось на 25 кубах диаметром 50 мм, соответственно, в то время как для бетонных образцов испытание на прочность на сжатие и растяжение проводилось на 100 цилиндрах 200 мм. Испытания на прочность на сжатие проводились на образцах, выдержанных на 1, 3, 7, 28, 56 и 90 дней, для исследований паст и строительных растворов, в то время как для образцов бетона это проводилось только до 56 дней. Испытания проводились в соответствии с IS 516: 1959 на прочность на сжатие [27] и ASTM C 496-11 на прочность на разрыв [28].Испытания на прочность на изгиб проводились на

Таблица 3 Пропорции смеси, используемые при заливке бетона. Материал

Контроль

0,5% SNP

2,0% SNP

Цемент (кг / м3) Летучая зола (кг / м3) Нанокремнезем (кг / м3) Мелкий заполнитель (кг / м3) Крупный заполнитель (кг / м3) Содержание воды (кг / м3) SP (кг / м3) w / b соотношение

360 240 — 627 1023150 5,4 0,25

360240 3627 1023150 5,73 0,25

360240 12627 1023150 6,12 0,25

100 100 Призма 500 мм согласно IS 516: 1959 [27] со степенью нагружения 1.8 кН / мин после 28 дней отверждения с использованием процедуры испытания на четырехточечный изгиб. Для определения модулей упругости использовались 150 цилиндров 300 мм для подготовки образцов, и испытания проводились в соответствии с ASTM C 469-14 [29]. Кроме того, водопоглощение и проницаемость пустот в образцах бетона были измерены в соответствии с ASTM C-642-13 [30] на образцах, отвержденных в течение 7 и 28 дней, а сорбционная способность образцов бетона была измерена в соответствии с руководством DI для испытания индекса прочности бетона [31] при 28-дневном сроке погашения.Испытание проводилось на 30 дисках диаметром 70 мм, и прирост массы измерялся через 3, 5, 7, 9, 12, 16, 20 и 25 мин после помещения высушенного в печи образца на фронт воды на 2–3 мм. Для определения pH мелкозернистый

Таблица 1 Химический состав OPC и FA.

Цемент (%) FA (%)

CaO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

MgO

SO3

Щелочи (K2O + Na2O)

000 9000 9000

3 56,8

5,8 30,2

5,0 5,0

0,8 0,7

2,4 0,2

0,9 1,4

1,5 5,7

4,0 3,6

287

Р. Палла и др. / Строительство и строительные материалы 138 (2017) 285–295

2.4. Содержание гидроксида кальция Термогравиметрический метод оказался наиболее подходящим методом для определения поведения выщелачивания кальция в затвердевшем цементном тесте. Количество CH было рассчитано непосредственно из кривых ТГ с использованием следующего уравнения [32]:

CHð% Þ ¼ WLðCHÞ ð% Þ

MWðCHÞ MWðHÞ

ð1Þ

, где WL (CH) соответствует потере веса при диапазон температур 400–500 ° C, связанный с дегидратацией CH, а MW (CH) и MW (H) — это молекулярные массы CH (74 г / моль) и воды (18 г / моль), соответственно.2.5. Методы характеризации Время начального и окончательного схватывания цементного теста определялось с помощью аппарата Вика, удовлетворяющего критериям, указанным в IS 5513: 1996 [33]. Исследования на термогравиметрическом анализаторе (TGA) (производитель: Perkin Elmer; модель: Diamond) проводили при скорости нагрева 5 ° C / мин в потоке азота и исследованиях тепла гидратации Изотермическая калориметрия (производитель: Calmetrix; модель: I-CAL 8000). ) был использован. Морфологические изменения наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа (модель LEO 438 VP, Carl Zeiss AG, Оберкохен, Германия) при ускоряющем напряжении 15–20 кВ, а образцы анализировали в режиме переменного давления.3. Результаты и обсуждение 3.1. Вставить этюды 3.1.1. Теплота гидратации Чтобы понять роль SNP в кинетике реакции системы HVFA, теплота гидратации измеряется методом изотермической калориметрии. На рис. 1 показано влияние SNP (1,0%, 2,0% и 3,0%) на теплоту гидратации цементного теста при весовом соотношении 0,3. Первый пик калориметрического графика соответствует теплу, выделяемому из-за растворения C3S и реакционной способности алюмината. Этот пик показывает тенденцию к увеличению с увеличением дозировки SNP, что указывает на ускорение скорости ранней гидратации цементирующей системы.

Мощность нагрева (мВт / г)

4

III II

3

I. Контроль II. 1% SNP III. 2% SNP IV. 3% SNP

IV 2

I

1 0

Кроме того, было обнаружено сокращение периода бездействия (до 3 часов) в образцах, включенных в SNP, и было замечено, что при добавлении 3% SNP Период покоя был сокращен на 4 ч по сравнению с контролем, показывающим ускорение процесса гидратации за счет образования большего количества ядер C – S – H.Во время периода ускорения гидратации было замечено, что основной пик (соответствующий максимальной скорости нагрева) увеличился до 2% SNP, после чего наблюдалось снижение на 3% SNP. Это может быть связано с комбинированным эффектом зародышеобразования, барьерным эффектом и эффектом смачивания. Впоследствии влияние соотношения w / b на теплоту гидратации было выполнено с 2% -ной дозировкой SNP, и было замечено, что по мере того, как соотношение w / b снижается с 0,3 до 0,2, наступал более длительный период покоя и скорость теплоты гидратации в период разгона оказался низким с меньшим соотношением w / b (рис.2). Это связано с меньшим количеством воды, доступной для протекания гидратации частиц цемента. 3.1.2. Свойства цементного теста в свежем состоянии Влияние SNP на свойства свежего состояния, такие как текучесть и время схватывания, было изучено при соотношении масс 0,3. Рис. 3 представляет поток и удерживание потока через 1 час в SNPs, содержащих цементные системы HVFA. Потери потока на начальной стадии линейны, до 30% при добавлении 3% SNP. Однако через 1 час выдержки было замечено, что потеря потока составила 15% с 1.Добавление 5% SNP, но сверх 1,5% содержания SNP, произошло резкое падение потока с дальнейшим увеличением, и 58% сокращение было обнаружено при добавлении 3% SNP. Это связано с ускорением процесса гидратации (эффект зародышеобразования), что в конечном итоге приводит к затвердению смеси. На рис. 4 показано время начального и окончательного схватывания SNP, содержащих цементные системы HVFA. Результаты показывают, что как начальное, так и конечное время схватывания уменьшаются с увеличением содержания SNP. Уменьшение времени начального и конечного схватывания колеблется от 10 до 45% по отношению к контролю, так как содержание SNP варьируется от 0.От 5 до 3% соответственно. С точки зрения гидратации, время окончательного схватывания обозначается стадией ускорения / отверждения, которая показывает образование продуктов гидратации. Эти результаты согласуются с калориметрическими и поточными результатами. Таким образом, можно сделать вывод, что проблема настройки, возникающая в случае систем HVFA, может быть решена путем добавления SNP. 3.1.3. Прочность на сжатие Результаты испытаний на прочность на сжатие для систем HVFA с различным содержанием SNP и соотношением w / b приведены в таблице 4.Результаты показывают, что в контрольных образцах значительная прочность была достигнута после 28 дней гидратации из-за пуццолановой активности частиц ЖК. Процент прироста силы снижается с уменьшением соотношения w / b, это может быть связано с меньшим количеством CH, доступным для пуццолановой активности FA. Кроме того, в случае SNPs, включающих системы HVFA, эффект SNP был очевиден в раннем возрасте, чем

4

Скорость нагрева (мВт / г)

Образец цементного теста

был смешан с водой в соотношении 1:10.Смесь перемешивали в течение 30 минут с последующей фильтрацией и измеряли pH отфильтрованного материала с помощью pH-метра. Удельное поверхностное электрическое сопротивление бетонных образцов измеряли на цилиндрах диаметром 100 200 мм с помощью четырехзондового измерителя удельного сопротивления Веннера. Тест pH и удельное поверхностное электрическое сопротивление проводился на 1, 3, 5, 7, 14, 21, 28 и 56 день старения.

3

I. 0,23 в / б II. 0,30 w / b

II

2

I

1 0

0

4

8

12

16

20

24

Время (часы) Рис.1. Коэффициент теплоты гидратации при различном содержании SNP при соотношении 0,3 мас. / Мас.

0

4

8

12

16

20

24

Время (часы) Рис. 2. Скорость гидратации при варьировании соотношения w / b с добавлением 2% SNP.

180

60

160

50

140

40

5 мин 60 мин

120

30

% Снижение через 5 минут 20

100

600002% Снижение

% Понижение по отношению к контролю

R.Palla et al. / Строительные и строительные материалы 138 (2017) 285–295

Диаметр разворота (мм)

288

10

60 Control

0 0,5% SNPs 1.0% SNPs 1.5% SNPs 2.0% SNPs 3.0% SNPs Рис. • Влияние SNP на текучесть пастообразной системы.

время начального схватывания

время окончательного схватывания

% Уменьшение исходной настройки по C + 40% FA

% Уменьшение окончательной настройки по C + 40% FA

600 40

Время (мин)

500 30

400300

20

200 10100

% Снижение времени по отношению к C FA

50

700

0

0 Контроль

0.5% SNP

1,0% SNP

1,5% SNP

2,0% SNP

3,0% SNP

Рис. 4. Влияние SNP на время начального и конечного схватывания пасты.

Таблица 4 Результаты прочности на сжатие контрольных и включенных образцов пасты. Дни

Прочность на сжатие (МПа) Контроль

1 3 7 28 56 90

0,5% SNP

1% SNP

1,5% SNP

2,0% SNP

3,0% SNP

0,30

0,30

25

0,23

0,30

0,25

0,23

0,30

0,25

0,23

0,30

0,25

0,23

0,30

0,23

0,30

0,23

0,30

0,23

0,23

0,30

0,23

7 18 26 35 44 53

10 23 33 41 49 57

12 27 37 45 53 62

10 19 27 45 49 58

12 29 36 49 52 60

14 32 40 50 56 64

11 23 33 46 53 63

13 32 36 50 57 65

14 36 39 52 62 69

12 25 35 48 55 67

16 37 40 54 60 69

16 34 47 54 69 78

13 28 37 51 56 65

17 40 42 57 65 64

15 31 41 50 59 72

13 30 41 50 59 69

16 35 40 52 55 62

12 28 38 47 55 67

в более поздние эпохи.На рис. 5 показано влияние SNP на прирост прочности системы HVFA при соотношении веса и веса 0,3 при старении. Это показывает, что в 1 день прирост мощности был максимальным для всех систем с SNP. При добавлении 3% SNP был получен прирост прочности около 96,3% по сравнению с контролем. Увеличение силы можно объяснить ускоренной гидратацией и пуццолановой активностью SNP. Однако по мере старения прирост прочности снижался, прирост прочности через 90 дней составил 9,2–30,3% для 0,5–3,0% добавления SNP при 0.Соотношение 3 ж / б. Установлено, что оптимальное содержание SNP (дозировка, соответствующая максимальной силе) снижается с уменьшением соотношения w / b.

3.1.4. Содержание CH Влияние SNP на количество содержания CH в системах HVFA при соотношении 0,3 вес / вес представлено на рис. 6. Эти результаты показывают, что через 1 и 3 дня гидратации содержание CH увеличивается до 1% добавления SNP, далее он уменьшается и затем снова увеличивается до 3% прибавления SNP по отношению к контролю. В раннем возрасте два противоположных явления, которые действуют преимущественно, — это пуццолановая активность SNP, когда CH расходуется для образования дополнительного геля C – S – H, а второй — эффект зародышеобразования, когда гидратация ускоряется, что приводит к дополнительному образованию CH.Следовательно, чистый эффект зависит от кинетики обоих механизмов, что требует дальнейшего изучения. Телефон

289

R. Palla et al. / Строительство и строительные материалы 138 (2017) 285–295 Таблица 5 Процентное снижение выбросов CH за 28 дней с различным содержанием SNP (%).

% увеличение прочности по сравнению с контролем

100 90

I 0,5% SNP

80

II 1,0% SNP

70

III 1,5% SNP IV 2,0% SNP

60

V 3,0%

SNP

50

Содержание (% bwob)

% снижение содержания CH по сравнению с контролем

0.5 1,0 1,5 2,0 3,0

12,26 27,70 33,84 48,53 58,19

40

V

30

12,50

IV III II

20 10

12,40

12,20

0 20

0 20

80

100

pH

0

I Control II 1,0% SNP III 2,0% SNP IV 3,0% SNP

12,30

I

Время (дни)

12,10 II

12,00 I Рис 9000 5.Повышение прочности SNP с включенной системой пасты по отношению к контролю.

11,90 III

11,80

Через 28 дней содержание CH в смеси HVFA оказалось почти таким же, как и через 7 дней, это указывает на начало пуццолановой активности частиц ЖК. Однако в случае смесей, содержащих SNP, содержание CH через 28 дней оказалось ниже, чем содержание CH за 7 дней. Снижение процента было более очевидным при более высоком содержании SNP, это может быть связано с комбинированной пуццолановой активностью FA и частиц SNP.В таблице 5 показано% снижения содержания CH в системе HVFA, и результаты показывают, что содержание CH снижается до 58,2% при включении 3% SNP по сравнению с контролем. 3.1.5. Тест pH. Изменение pH в пастообразных системах со временем показано на рис. 7. В случае контроля первоначально до 14 дней pH увеличивался, после чего наблюдалось снижение, свидетельствующее о пуццолановой активности частиц FA. Однако в случае смесей, содержащих SNP, было замечено, что до 7 дней pH был выше контрольного, что показывает эффект зародышеобразования частиц SNP, в которых образуется дополнительный CH.По прошествии 7 дней pH снижается из-за пуццолановой активности SNP и FA, при этом CH расходуется с образованием вторичного геля C – S – H. 3.1.6. Микроструктура и морфологические исследования На рис. 8 показано сравнение морфологии контрольной смеси (a – d) и смеси, содержащей 2% SNP (e – h), через 1, 3, 7 и 28 дней соответственно. В случае контрольных образцов через 1 день (рис. 8а) было замечено, что продукты гидратации практически не образовывались, а частицы ЖК были распределены по всей поверхности с чистой поверхностью. Однако

IV

11.70 11.60 0

20

1 день 3 дня 7 дней 28 дней

8 7 6 5 4 3 2 1 0 0,5% SNP

1,0% SNP

80

100

поверхность зерен цемента была покрыта с тонким слоем волокнистой сетки, которая могла быть ранним гелем C – S – H. Но при включении 2% SNP (рис. 8д) в том же возрасте было обнаружено большое количество гелевых кластеров C – S – H повсюду. Далее было замечено, что поверхность зерен цемента была покрыта продуктами гидратации.Это подтверждает эффект зародышеобразования SNP. Через 3 и 7 дней, в случае контрольной смеси (рис. 8 (b и c)), микрофотографии SEM показали пористую структуру, а поверхность FA все еще оставалась прозрачной. Гель C – S – H присутствует в виде небольших отдельных коллоидов, а кристаллы CH, очевидно, не обнаружены. Однако в SNPs, включающих образцы (рис. 8 (е и ж)), было обнаружено, что микроструктура была намного плотнее, чем в первом случае. Более крупные кластеры геля C – S – H переплетались друг с другом, и волокнистая сетка распределялась по поверхности частиц ЖК.Через 3 дня наблюдаются большие кристаллы CH, однако через 7 дней крупные кристаллы отсутствовали, показывая эффект зародышеобразования в первом случае, в то время как более поздний может быть вызван реакцией между CH и частицами SNP с образованием дополнительного геля C-S-H. Кроме того, через 28 дней гидратации в случае контрольных образцов (рис. 8d) было замечено, что текстура поверхности была мягкой и

9

Контрольная

60

Рис. 7. pH контрольных систем и систем, содержащих SNP. .

10

Содержание CH (%)

40

Время (часы)

1.5% SNP

2,0% SNP

Рис. 6. Влияние старения на содержание CH при изменении содержания SNP.

3,0% SNP

290

R. Palla et al. / Строительные и строительные материалы 138 (2017) 285–295

Рис. 8. Влияние старения на контрольные (a – d) и 2% включенные SNP смеси (e – h) через 1, 3, 7 и 28 дней гидратации. .

пористый. Гель C – S – H существует слоями, и частицы ЖК были внедрены в них, тогда как в случае, когда в SNP были включены образцы SNP (рис.8h) наблюдалась твердая и плотная текстура поверхности без большого количества пор. Более плотная морфология на каждом этапе в случае смеси включенных НЧС является причиной улучшения макроскопических свойств (прочности).

3.2. Минометные исследования 3.2.1. Свойства текучести Влияние добавления SNP на свойства текучести было проведено при оптимальной дозе SP при соотношении масс 0,3. На рис.9 показано влияние SNP на реологические свойства включенных SNP HVFA

291

135

18

130

15

125

12

Диаметр распространения

120

9000% уменьшение

115

6

110

3

105100 Контроль

% Уменьшение по контрольной смеси

Диаметр разброса (в мм)

R.Palla et al. / Строительные и строительные материалы 138 (2017) 285–295

0 0,5% SNP 1.0% SNP 1.5% SNP 2.0% SNP 3.0% SNP Рис. 9. Влияние SNP на текучесть растворной системы.

90

Прочность на сжатие (МПа)

Соотношение 0,3 w / b 80

1 день 28 дней

3 дня 56 дней

7 дней 90 дней

70 60 50 40 30 20 10 0

Прочность на сжатие (МПа)

Контроль

1,0% SNP

90 80

0.Соотношение 25 w / b

1,5% SNP

2,0% SNP

3,0% SNP

1 день

3 дня

7 дней

28 дней

56 дней

90 дней

1,5% SNP

2,0% SNP

70 60 50 40 30 20 10 0 Контроль

Прочность на сжатие (МПа)

0,5% SNP

0,5% SNP

1,0% SNP

1 день 28 дней

90 80

0,23 w / b соотношение

3,0% SNP

3 дня 56 дней

7 дней 90 дней

70 60 50 40 30 20 10 0 Контроль

0.5% SNP

1,0% SNP

1,5% SNP

2,0% SNP

3,0% SNP

Рис. 10. Влияние старения на SNP, включающую систему строительного раствора при разном соотношении массы и массы.

цементные системы. Было замечено, что поток уменьшался с увеличением содержания SNP, и максимальное снижение (16,9% по отношению к контролю) было обнаружено при добавлении 3% SNP.

3.2.2. Прочность на сжатие. Чтобы проверить соответствие пастообразным системам, было изучено влияние SNP в HVFA в системе строительных растворов.Далее,

292

R. Palla et al. / Строительные и строительные материалы 138 (2017) 285–295

Рис. 11. СЭМ-микрофотография через 28 дней (a) контрольный (b) образцы, содержащие 2% SNP.

(a)

III

60

Прочность на разрыв (МПа)

Прочность на сжатие (МПа)

70 II I

50 40 I Control II 0,5% SNP III 2,0% SNP

30 20

10

20

30

40

50

II I

5 4

I Контроль II 0.5% SNP III 2,0% SNP

3 2

Время (дни) Рис. 12. Прочность на сжатие контрольных SNP, включающих образцы бетона.

Прочность цилиндра (150 x 300 мм)

0

60

Преобразованная прочность куба 150 мм

60 50 40

10

20

30

40

50

60

60 дней

(б) Прочность на изгиб (МПа)

0

Прочность на сжатие (МПа)

III

6

1

10

70

7

10

6

6

2

30 20

0

Контроль

0.5% SNP

2% SNP

10 0

Control

0,5% SNP

2,0% SNP

Рис. 13. Прочность на сжатие цилиндра и куба в течение 28 дней.

также было получено оптимальное содержание SNP для определенного соотношения w / b, которые использовались в конкретных исследованиях. На рис. 10 показана прочность на сжатие системы управления с различным содержанием SNP и соотношением w / b. Было замечено, что оптимальная дозировка SNP снижается с уменьшением соотношения w / b. Оптимальная дозировка SNP, соответствующая 0.25 и 0,23 весовое соотношение составило 2,0% и 1,0%. В то время как для соотношения 0,3 вес / вес прочность на сжатие увеличилась до 3,0% добавленных SNP, следовательно, его оптимальное содержание может превышать 3,0% SNP. Эта тенденция может наблюдаться из-за отсутствия воды в случае более низкого отношения w / b и более высокого содержания SNP. Из-за более низкого содержания воды образуются меньше продуктов гидратации, что приводит к снижению прочности. В конечном итоге снижается пуццолановая активность SNP, поскольку доступный CH является меньшим количеством. Кроме того, более высокая плотность частиц при более низком отношении w / b также может привести к меньшему

Рис.14. (а). Разделение прочности на разрыв контрольных и включенных образцов SNP. (б). Прочность на изгиб контрольных и включенных образцов SNP через 28 дней.

Образование продуктов гидратации из-за недостатка места. Максимальная прочность, достигаемая при оптимальном содержании для соотношений 0,3, 0,25 и 0,23 мас. / Мас., Составляет 70, 72 и 75 МПа, соответственно, через 90 дней созревания. Эти результаты показывают, что межфазная переходная зона (ITZ) в более позднем случае не так очевидна из-за уплотнения границы раздела между матриксом и частицами песка частицами SNP, так что эта зона больше не остается самым слабым звеном.3.2.3. Морфология и микроструктура систем строительных растворов, включенных в состав SNP. Морфологические исследования проводят на образцах строительных растворов после 28 дней созревания. На рис. 11а представлена ​​микрофотография контрольной матрицы. Кластеры геля C – S – H были видны в разрозненном виде на всем протяжении, кристаллы CH были меньше по размеру и не рассыпались. Фактура поверхности казалась более мягкой, с крупными порами. Это может быть связано с образованием продуктов гидратации в меньшем количестве, поскольку

293

R. Palla et al./ Строительные и строительные материалы 138 (2017) 285–295

в случае смесей ЖК основная реакция гидратации происходит через 28 дней. Из картирования EDX было обнаружено, что отношение Ca / Si находится в диапазоне 1,29–1,58. Соотношение было меньше, чем у простой цементной матрицы. На рис. 11b показана микрофотография смеси включенных SNP, на которой гель C – S – H имел как кластеры, так и сетчатую форму, но кристаллы CH почти не были видны. Фактура поверхности оказалась более твердой и с меньшим количеством пор. Образование слоистого геля C – S – H могло вызвать более твердую структуру поверхности.Из картирования EDX было обнаружено, что отношение Ca / Si находится в диапазоне 0,86–1,32. Снижение содержания кальция может быть связано с пуццолановой активностью SNP и частиц FA.

3.3.2. Прочность на растяжение и изгиб при разделении Прочность на разрыв бетонных цилиндров (100-200 мм) представлена ​​на рис. 14a. Было замечено, что разделенная прочность на разрыв увеличивалась с увеличением содержания SNP и с возрастом, а прирост прочности на 28 дней по сравнению с контролем составил 10% и 23% для 0.Добавление SNP на 5% и 2,0% соответственно. Раздельная прочность на разрыв через 28 дней старения составляла около 9% от прочности на сжатие через 28 дней во всех смесях. На рис. 14b показана прочность бетонной призмы на изгиб в течение 28 дней при четырехточечном изгибе. Прирост прочности на изгиб в процентах был аналогичен увеличению прочности на разрыв при разделении. Увеличение прочности можно отнести к образованию вторичного геля C – S – H.

3.3. Конкретные исследования 3.3.1. Прочность на сжатие Результаты прочности на сжатие бетонных цилиндров показывают, что начальный прирост прочности (через 3 дня) относительно контроля очень высок; было 27.7% и 61,1% для 0,5% и 2% добавления SNP соответственно (рис. 12). Повышение прочности в раннем возрасте связано с эффектом зародышеобразования SNP, и было обнаружено, что эти результаты хорошо согласуются с исследованиями паст и строительных растворов. На рис. 13 показана прочность цилиндра на сжатие за 28 дней и соответствующая преобразованная прочность куба, и было замечено, что через 28 дней прирост прочности составил 30% с 2% SNP по сравнению с контрольной смесью. Кроме того, преобразованная прочность куба 66,2 МПа была достигнута для того же самого, что указывает на то, что высокая прочность может быть достигнута с большим объемом FA с включением оптимального содержания SNP.

3.3.3. Поведение при напряжении и деформации Поведение бетонного цилиндра при напряжении и деформации показано на рис. 15, видно, что первоначально все смеси имели аналогичное поведение, в то время как при более высоком напряжении наклон кривой сдвигался влево для смесей SNP. Предельное напряжение и деформации, соответствующие контрольным и 2% SNP, включающим смеси, составили 47,56 и 0,00183 и 52,9 и 0,00173 соответственно. При этом модуль Юнга, соответствующий этим смесям, составлял 30,48 и 32,33 ГПа соответственно.Уменьшение пиковой деформации и увеличение модулей упругости в случае пуццоланового бетона можно объяснить более плотной микроструктурой и уменьшенной пористостью. Увеличение модулей упругости в случае образцов с включенными SNP составило 6,1% по сравнению с контрольной смесью. Нелинейное поведение кривых в основном объясняется трещинами в пасте, заполнителях и на границе раздела матрицы и заполнителя. Отказ в случае контрольной смеси был внезапным, но в случае добавленной смеси SNP отказ был взрывным и внезапным.

60 II

50

Напряжение (МПа)

I

40 30 20 I Control II 2,0% SNP

10 0 0

0,0005

0,001

0,0015

0,002

Рис. • Напряжение-деформация контрольных и включенных образцов SNP.

7 дней

10

28 дней

Проницаемые поры

Водопоглощение

10

3.3.4. Водопоглощение и проницаемые поры Рис.16 показаны проницаемые поры и водопоглощение образцов бетона через 7 и 28 дней их созревания. Было замечено, что проницаемые поры и водопоглощение при этом согласуются. Однако было замечено, что через 7 дней контрольная смесь и смесь с добавлением 0,5% SNP имели более высокое водопоглощение и проницаемость пор, это могло быть связано с меньшим количеством продуктов гидратации, образованных в этих смесях, что делало матрицы пористыми по своей природе. В то время как в случае образцов, содержащих 2% SNP, водопоглощение и проницаемость оказались ниже, чем у всех смесей, даже у простой цементной системы.Это показывает более плотную микроструктуру в этом случае, чем предыдущие смеси. Однако через 28 дней было замечено, что все смеси, содержащие SNP, имели меньшее водопоглощение и проницаемость, чем контрольная смесь. В образцах, содержащих 2% SNP, уменьшение проницаемости пор через 7 дней и 28 дней созревания составило 19% и 28% соответственно, в то время как снижение водопоглощения составило 24% и 44% соответственно.

8 6 4 2

7 дней

28 дней

8 6 4 2 0

0 Контроль

0.5% SNP 2,0% SNP

(a)

Контроль

0,5% SNP

2,0% SNP

(b)

Рис. 16. 7 и 28 дни (a) Проницаемые поры (b) Водопоглощение бетонные образцы.

294

R. Palla et al. / Строительные и строительные материалы 138 (2017) 285–295

0,9 0,8 y = 1,0497x

I R² = 0,9966

Прирост массы (г)

0,7

II y = 0,983x R² = 0,9981

0,6

III

0.5 y = 0,8109x R² = 0,9975

0,4 0,3

I Control II 0,5% SNPS III 2,0% SNPs

0,2 ​​

Смесь встроенных SNP. Наклон графика отображает скорость водопоглощения и результат, а уменьшение наклона для смеси, содержащей 2% SNP, составило 20% относительно контроля. Уменьшение скорости абсорбции представляет собой меньшее количество капиллярных пустот и более плотную микроструктуру. Было обнаружено, что сорбционная способность контрольных смесей, содержащих 0,5% SNP и 2,0% SNP, составляет p 1.312, 1,185 и 0,698 мм / час соответственно. Снижение сорбционной способности 2,0% включенных образцов SNP по сравнению с контрольной смесью составило 46%. Более высокая сорбционная способность контрольной смеси может быть связана с более высокими порами в массе пасты и пористой поверхности раздела. В то время как в случае смесей, добавленных 2% SNP, уменьшение происходит за счет более плотной микроструктуры и уменьшения количества взаимосвязанных капиллярных пустот. Это связано с ранней пуццолановой активностью SNP и более поздней пуццолановой активностью частиц ЖК, в конечном итоге приводящей к плотной микроструктуре.

0,1 0 0

0,1

0,2 ​​

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

√время (ч) Рис. 17. Прирост массы в зависимости от

p

времени для разных образцов бетона .

140

Удельное сопротивление (кОм-см)

III

I Control II 0,5% SNPs III 2,0% SNPs

120100

II I

80 60 40 20 0 0

10

20

30

40

50

60

Время (дни) Рис.18. Удельное сопротивление всех смесей в разном возрасте.

3.3.5. Сорбционная способность. Скорость водопоглощения высушенных в печи образцов бетонных дисков при помещении их на фронт воды показана на рис. 17. Из графика видно, что наклон контрольной смеси был выше, чем у

3.3.6. Удельное сопротивление Удельное сопротивление напрямую связано с микроструктурой матрицы, ее пористой структурой и пористостью, а более низкое удельное сопротивление представляет собой пористую микроструктуру. По мере увеличения пористости вода в порах увеличивается, что в конечном итоге снижает удельное сопротивление.На рис. 18 показано удельное поверхностное сопротивление бетонных образцов. Из графика было отмечено, что в начальном возрасте (1 и 3 дня) удельное сопротивление контрольных и 0,5% включенных образцов SNP было меньше, что свидетельствует о меньшей гидратации и пористой структуре. Однако при добавлении 2% SNP удельное сопротивление было выше, чем у других смесей, и аналогичная тенденция наблюдалась до 14 дней. Это связано с комбинированной пуццолановой активностью SNP и частиц FA, что косвенно приводит к более плотной микроструктуре и меньшей пористости.3.3.7. Морфология и микроструктура бетонной системы с добавками SNP На рис. 19 показан межфазный переход (ITZ) бетонных образцов после 28 дней старения. В случае контрольной смеси было замечено, что ITZ был пористым, а частицы FA были частично покрыты игольчатыми структурами (рис. 19a). Несмотря на то, что крупные кристаллические кристаллы CH не были обнаружены, это могло быть связано с пуццолановой активностью частиц FA. Текстура поверхности казалась более мягкой и пористой, и гель C – S – H образовывался в виде слоев (нанесенных друг на друга).По данным EDX-картирования Ca / Si находится в диапазоне 1,32–1,68. В случае смеси, содержащей 2% SNP, было обнаружено, что ITZ был чрезвычайно плотным, и не было обнаружено крупных кристаллов CH (рис. 19b). C – S – H оказался очень компактным, а текстура поверхности была твердой с меньшим количеством пор с отношением Ca / Si 0,82–1,4. Улучшение различных механических свойств и долговечности в случае смеси, содержащей 2% SNP, можно объяснить более плотной микроструктурой и очень компактной границей раздела между заполнителем и матрицей.

Рис. 19. СЭМ-микрофотографии контрольных (а) и 2% включенных SNP (б) образцов бетона на сроке 28 дней созревания.

R. Palla et al. / Строительство и строительные материалы 138 (2017) 285–295

4. Выводы Из различных исследований, проведенных с включением SNP в пасту HVFA, строительный раствор и бетонную систему, можно сделать следующие выводы: Продолжительность периода бездействия была сокращена и увеличена. гидратации увеличивается в случае смесей, содержащих НПС. Включение SNP в пастообразную систему уменьшило как начальное, так и окончательное время схватывания.Кроме того, уменьшение увеличивалось с увеличением дозировки SNP, в то время как поток и удерживание потока также значительно уменьшались. Было обнаружено, что увеличение силы в случае включенных образцов SNP преобладает в раннем возрасте. Результаты SEM показали, что добавление SNP уплотняло матрицу. Содержание CH не следовало регулярному паттерну с увеличением содержания SNP, что могло быть связано с комбинированным эффектом пуццолана и нуклеации SNP. Развитие прочности в SNPs включенных системах строительных растворов было аналогично системам пасты, которые показали, что самое слабое звено между песком и связующей матрицей укрепилось.Оптимальное содержание SNP в основном зависит от соотношения w / b. Оптимальное содержание увеличивается с увеличением соотношения вес / вес. В настоящем исследовании для соотношения 0,23, 0,25 и 0,3 вес / вес оптимальное содержание частиц SNP составляет 1%, 2% и 3% соответственно. Механические свойства и долговечность смесей, содержащих СНП, улучшаются на 20–30% через 28 суток. Однако в раннем возрасте прочность на сжатие значительно увеличилась. Микроструктурные исследования показали уплотнение ITZ при добавлении SNP и отсутствие кристаллов CH на границе агрегата и матрицы.Высокопрочный устойчивый бетон 66 МПа может быть достигнут при оптимизированном содержании SNP и соотношении веса и веса с увеличением прочности на 30% по сравнению с контрольными смесями. Благодарности Автор Решмита Палла, У. Шарма и Г. Мишра благодарны AcSIR-New Delhi, UGC-New Delhi и CSIR-CBRI, Roorkee, соответственно, за финансовую поддержку. Ссылки [1] L. Senff, J.A. Лабринча, В. Феррейра, Д. Хотза, В.Л. Репетт, Влияние нанокремнезема на реологию и свежие свойства цементных паст и растворов, Констр.Строить. Матер. 23 (2009) 2487–2491. [2] Л.П. Сингх, С.К. Бхаттачарья, С. Ахалават, Получение наночастиц диоксида кремния с контролируемым размером и их функциональная роль в цементной системе, J. Adv. Concr. Techol. 10 (2012) 345–352. [3] Х. Ли, Х. Г. Сяо, Дж. Юань, Дж. Оу, Микроструктура цементного раствора с наночастицами, Comp. B Eng. 35 (2004) 185–189. [4] Ю. Цин, З. Зенан, К. Дэю, К. Ронгшен, Влияние добавления нано-SiO2 на свойства затвердевшего цементного теста по сравнению с дымом кремнезема, Констр.Строить. Матер. 21 (2007) 539–545. [5] С. Гопинатх, П.С. Мули, А. Мурти, Н. Айер, С. Махесваран, Влияние нанокремнезема на механические свойства и долговечность бетона нормальной прочности, Arch. Civ. Мех. Англ. 8 (2012) 433–444.

295

[6] F. Kontoleontos, P.E. Цакиридис, А. Маринос, В. Калоидас, М. Кациоти, Влияние коллоидного нанокремнезема на ультратонкую гидратацию цемента: физико-химические и микроструктурные характеристики, Констр. Строить. Матер. 35 (2012) 347–360. [7] А.М. Саид, М.С. Зейдан, М. Бассуони, Ю. Тиан, Свойства бетона, включающего нанокремнезем, Констр. Строить. Матер. 36 (2012) 838–844. [8] Д. Конг, Ю. Су, X. Ду, Ю. Ян, В. Су, С. П. Шах, Влияние агломерации нанокремнезема на свежие свойства цементных паст, Констр. Строить. Матер. (2013) 557–562. [9] Б.В. Джо, К. Ким, Дж. Лим, Характеристики цементного раствора с частицами нано-SiO2, ACI Mater. J. 104 (2007) 404–407. [10] M. Ltifi, A. Guefrech, P. Mounanga, A. Khelidj, Экспериментальное исследование влияния добавления нанокремнезема на поведение цементных растворов, Proceeda Eng.10 (2011) 900–905. [11] Р.К. Ибрагим, Р. Хамид, М.Р. Тах, Огнестойкость больших объемов зольных растворов с добавлением нанокремнезема, Констр. Строить. Матер. 36 (2012) 779–786. [12] А. Назари, С. Риахи, Влияние наночастиц SiO2 на физико-механические свойства высокопрочного уплотняющего бетона, Comp. B Eng. 42 (2011) 570–578. [13] Х. Бахадори, П. Хоссейни, Снижение расхода цемента с помощью наночастиц кремнезема (исследование свойств бетона), J. Civ. Англ. Manag. 18 (2012) 416–425.[14] А. Саид, М. Зейдан, Повышение реакционной способности обычного бетона и бетона из летучей золы с помощью коллоидного нанокремнезема, ACI Mater. J. 26 (2009) 75–86. [15] М. Нили, А. Эхсани, К. Шабани, Влияние нано-SiO2 и микросилики на характеристики бетона, Вторая международная конференция по устойчивым строительным материалам и технологиям, 2010 г. [16] Х.Н. Атахан, Д. Дикме, Использование минеральные добавки для повышения стойкости к сульфатной атаке, Констр. Строить. Матер. 25 (2011) 3450–3457. [17] А.А. Магсуди, Ф.A. Dahooei, Применение нанотехнологий в конструкции самокомпактного бетона, Иран. Sci. Инф. База данных (SID) 22 (2009) 229–244. [18] П. Хоу, С. Кавашима, Д. Конг, Дж. К. Дэвид, Дж. Цянь, С. П. Шах, Эффекты модификации коллоидного нано-SiO2 на гидратацию цемента и его гелеобразные свойства, Сост .: Часть B 45 (2013) 440–448 . [19] М.Х. Чжан, Дж. Ислам, Использование нанокремнезема для сокращения времени схватывания и повышения ранней прочности бетонов с большим количеством летучей золы или шлака, Констр. Строить. Матер. 29 (2012) 573–580.[20] П. Хоу, К. Ван, Дж. Цянь, С. Кавашима, Д. Конг, С. П. Шах, Влияние коллоидного нано-SiO2 на гидратацию летучей золы, Cem. Concr. Комп. 34 (2012) 1095–1103. [21] Д. Гундогду, Б.Ю. Пекмезчи, Х.Н. Атахан, Влияние нано-SiO2 на механические свойства растворов, содержащих летучую золу, Международная конференция RILEM по материаловедению — MATSCI, Аахен, 3, 2012 г., стр. 345–354. [22] М. Стефаниду, И. Папайянни, Влияние нано-SiO2 на пасты портландцемента, Comp. B Eng. 43 (2012) 2706–2710. [23] А.Наджигиви, А. Халоо, И.З. Азам, С.А.Рашид, Исследование влияния использования различных типов наночастиц SiO2 на механические свойства бетона с бинарными смесями, Comp. Часть B 54 (2013) 52–58. [24] IS: 8112-1989 «Спецификация обычного портландцемента сорта 43», Бюро стандартов Индии, Нью-Дели, Индия. [25] IS: 3812 (Часть-2): 2003 «Пылевидная зола — спецификация» Бюро стандартов Индии, Нью-Дели, Индия. [26] IS: 383-1970 «Спецификация для крупных и мелких заполнителей из природных источников для бетона», Бюро стандартов Индии, Нью-Дели, Индия.[27] IS: 516-1959 «Методы испытаний на прочность бетона», Бюро стандартов Индии, Нью-Дели, Индия. [28] ASTM C496-11 «Стандартный метод испытаний прочности на разрыв цилиндрических образцов бетона», Американское общество испытаний и материалов, Вест Коншохокен, штат Пенсильвания, США, 2011. [29] ASTM C469-14 «Стандартный метод испытаний для статический модуль упругости и коэффициент Пуассона бетона при сжатии », Американское общество по испытаниям и материалам, Вест Коншохокен, штат Пенсильвания, США, 2014. [30] ASTM C642-13« Стандартный метод испытаний на плотность, абсорбцию и пустоты в затвердевшем бетоне » , Американское общество испытаний и материалов, Западный Коншохокен, штат Пенсильвания, США, 2013 г.[31] Тестирование индекса прочности бетона, Руководство по процедуре тестирования индекса прочности, Южная Африка, 2009. [32] Дж. Джайн, Н. Нейтхалат, Анализ поведения простых и модифицированных цементных паст в чистой воде при выщелачивании кальция, Cem. Concr. Комп. 31 (2009) 176–185. [33] IS 5513: 1996, «Аппарат Вика — технические условия», Бюро стандартов Индии, Нью-Дели, Индия.