Таблица твердения бетона в зависимости от температуры: К сожалению, запрашиваемая страница не существует.

График набора прочности бетона в зависимости от температуры

Сегодня бетон является самым популярным материалом для строительства. Широкое распространение этому материалу принесла высокая прочность. Чтобы получить максимальный показатель, необходимо учитывать ряд факторов, среди которых мы выделим температуру. Мы подробно разберем процесс формирования бетона и узнаем, сколько нужно времени для полного застывания в тех или иных условиях. Освоить материал помогут вспомогательные таблицы и графики.

Основными факторами, которые влияют на процесс набора прочности, являются:

• температура окружающей среды;
• время застывания;
• влажность воздуха;
• марка.

Также стоит учитывать соотношение цемента и воды в смеси, пропорции ингредиентов, способ перемешивания, скорость укладки и регулярность увлажнения. Максимально качественный результат можно получить только при использовании спецтехники. Ручное замешивание не сможет довести смесь до идеальной однородной массы. Это важно для возведения промышленных объектов, но для частного одноэтажного дома способ замеса особой роли не сыграет.

Стадии набора прочности и влияние температуры

Вы наверняка знаете, что для достижения марочного значения бетона требуется 28 дней. Это общая цифра, которая на деле может отклоняться в большую или меньшую сторону. Чтобы возвести надежную постройку, нужно понимать сам процесс набора прочности, он состоит из двух стадий:

• На первой стадии смесь схватывается – все компоненты бетона соединяются между собой.
• На второй материал набирает прочность и твердеет.

Первая стадия

Схватывание обычно завершается в течение первых 24 часов с момента заливки. Температура окружающей среды напрямую влияет на скорость завершения первой стадии. Если на улице 20°C и выше, то весь процесс может занять 5 часов. Начинается схватывание через 2-3 часа после замешивания раствора, а завершается через 3 часа. Если речь идет о работе осенью/зимой, то схватывание может длиться больше суток. В холодную пору строительство не прекращается, к примеру, при температуре в 0°C процесс начинается через 7-10 часов после замешивания смеси, после заливки схватывание может длиться до 24 часов.

Важно! Стоит понимать, что на протяжении первой стадии раствор бетона остается подвижным. В это время строитель может повлиять на форму изготавливаемой конструкции. Чтобы уменьшить вязкость раствора используется механизм тиксотропии. За счет этой особенности в бетономешалке смесь долго находится на первой стадии.

Вторая стадия

Когда первая стадия завершена, материал начинает твердеть. Необходимую прочность бетон набирает уже через четыре недели, но окончательный набор прочности завершится только через несколько лет. Марку бетона специалисты смогут определить через 28 дней. Набор прочности бетона в зависимости от влажности и температуры проходит с разной скоростью. В первые 5-6 дней после заливки процесс протекает наиболее интенсивно. После первых трех суток материал получит 30% прочности от марочного значения, которое мы узнаем только через 4 недели.

Через две недели после заливки бетон наберет до 70% прочности, а через 90-100 дней прочность превысит марочный показатель на 20%. Прекратится процесс через несколько лет, но прочность изменится незначительно. При проверке бетона, залитого 3 года назад, можно узнать, что его прочность вдвое превысила марочный показатель.

На таблице ниже показано, как длительность набора прочности зависит от температуры:

Температура

Чем теплее на улице, тем быстрее увеличивается показатель прочности материала. Эта схема работает и наоборот. Процесс полностью остановится при отрицательных температурах. Происходит это из-за того, что вода, обеспечивающая гидратацию цемента, замерзает. Процесс продолжится после повышения температуры воздуха. В России есть много мест, где температура редко превышает 5°C.

Время набора прочности заготавливаемого бетона можно уменьшить при помощи добавления специальных модификаторов. Касается это и температуры, при которой процесс останавливается. Сегодня в холодных регионах используются добавки, которые позволяют смеси набирать прочность при минусовых температурах. Стоит упомянуть и про быстроотвердевающие модификаторы, за счет которых марочная прочность набирается уже через две недели.

Повышение температуры существенно ускоряет созревания материала. К примеру, при 40°C марочное значение марки можно получить уже через 5-7 дней. Профессионалы рекомендуют выполнять строительные работы именно в теплое время года, так как сроки строительства существенно сокращаются.

Зимой, помимо добавок, вам понадобится подогрев материала. Самостоятельно обеспечить нужную температуру для опалубки и самой смеси крайне сложно. Сделать это можно только при помощи дополнительного оборудования и теплоизолирующих материалов. При перегреве раствор и вовсе испортится, порог приходится на 90°C.

График набор прочности

Изучите график набора прочности бетонной смеси, чтобы понять, как процесс твердения зависит от температурных показателей. На графике набора показателя прочности бетона показан процесс твердения бетона M400, кривые для других марок будут меняться. Изучив процесс, вы поймете, сколько нужно суток для достижения разных уровней прочности. Первая линия соответствует 5°C, последняя – 50°C, то есть каждая кривая относится к определенному температурному уровню:

График набор прочности по суткам

Специалисты при помощи этого графика могут определить, когда нужно проводить распалубку монолитного фундамента. По правилам, опалубку можно демонтировать после преодоления 50% прочности от марочного значения бетона. Обратите внимание, что при температуре 10°C или ниже значение марки будет достигнуто только через 4-5 недель. Чтобы ускорить процесс, следует обеспечить подогрев смеси.

Заключение

Как показывает практика, существует множество причин изменения прочностных показателей бетона. Важно учитывать пропорции, качество компонентов, особенности местности и, конечно же, температуру.

Бетон: схватывание и набор прочности

Прочность на сжатие является основным эксплуатационным показателем бетона и отражает качество изготовленных из него монолитных конструкций. Твердение является результатом физико-химической реакции гидратации цемента, протекание которой занимает определенное время. Чтобы окончательная твердость бетонного камня соответствовала расчетному значению, необходимо знать особенности процесса и учитывать влияние целого ряда факторов, способных замедлить или ускорить окончательное твердение.

Схватывание бетона

Схватывание – первоначальный этап набора прочности бетона, происходящий в первые сутки после затворения. Длительность периода зависит от температуры смеси. При эталонной температуре (20 °С) схватывание начинается примерно через 2 часа, а еще через час бетон полностью теряет подвижность. При 0 °С время увеличивается до 20 часов. В специальных камерах – автоклавах – при повышенной температуре период схватывания можно сократить до 20 минут. Таким образом изготавливают пористый и ячеистый бетон.

Период схватывания можно несколько увеличить за счет такого свойства смеси, как тиксотропия: активное перемешивание снижает динамическую вязкость. Этим свойством пользуются во время транспортировки материала с бетонного узла на строительную площадку.

Твердение бетона

Следующая стадия набора прочности – твердение. В это время смесь уже полностью неподвижна. Принятый в нормативных документах период твердения составляет 28 суток, однако процесс на самом деле может длиться месяцы или даже годы. Протекание гидратации зависит от окружающей температуры и не прекращается даже при 0 °С, поскольку реакция сопровождается выделением тепла и бетон как бы греет себя сам.

Показанную в таблице зависимость необходимо знать при бетонировании фундамента и монолитном строительстве.

От чего зависит прочность бетона

Прочность бетонного камня зависит от используемого цемента. Так, повышение его марки при сохранении соотношения заполнителей приводит к увеличению этого значения. Подобным образом влияет и увеличение доли цемента. Минимальная прочность зависит от марки бетонной смеси.

Большая доля воды негативно сказывается на качестве готового камня. Если ее повысить на 60 %, недобор прочности составит 50 %. Для оптимизации скорости затвердевания и качества готового бетона залитая смесь уплотняется на вибростоле или с помощью портативного погружного вибратора.

Фундамент зимой: технические подробности

Технические основы зимнего строительства фундамента

В первой статье цикла мы рассказали о достоинствах зимнего производства работ и о факторах, которые нужно брать во внимание при зимнем строительстве. В этой статье мы подробно расскажем о технической стороне этого вопроса.  

Чтобы построить фундамент под одноэтажный дом или двухэтажный коттедж, сначала стоит решить комплекс задач, аналогичный летнему строительству. При этом важно учесть все температурные ограничения, возникающие при бетонировании. Для того, чтобы суметь с ними справится важно знать сроки набора прочности бетона.

Вопросы прочности бетона

Если вы строите, к примеру, фундамент под кирпичный одноэтажный дом в нормальных условиях, при которых влажность лежит в пределах 95-100%, а температура около +20°С, то марочная прочность в 100 % бетонной смеси на основе портландцемента без использования добавок достигается за 28 дней при опалубочном методе бетонирования. Прочность в 70% от марочной, называемая разопалубочной, бетон принимает по истечении 7-10 дней. 

Стоит также обратить внимание на критическую прочность бетона. Она лежит в пределах 30-50 % от марочной и зависит от марки бетона и типа конструкций при зимнем бетонировании. По достижению этих значений значительные изменения структуры фундамента могут и не происходить при его консервации в зимний период. При наступлении весны и оттаивании бетон продолжит набор прочности. 

Идеальным считается перед консервацией конструкций на зиму достижение разопалубочной 70% площади бетонного фундамента от 100% значения, с учетом которого выполнен расчет проекта дома в части фундамента. Это поможет избежать разрушений бетонных конструкций при последующих циклах оттаивания и замораживания.  

От чего зависит эффективность бетонных работ в зимнее время?

Бетонирование в холодное время года тоже может быть эффективным! Для этого применяется технология прогрева бетона, при которой на протяжении заданного времени поддерживается плюсовая температура, позволяющая бетону быстрее набрать заданную прочность. 

Важным требование при зимнем производстве работ является поддержание оптимальных условий схватывания в течении 3-5 дней после заливки бетона. Основную прочность бетон набирает именно в этот период. 

Насколько быстро будет твердеть бетон, зависит от комплекса условий (они учтены в разделе «нулевой цикл», входящем в состав проекта жилого дома), главным из которых является температура воздуха. С помощью таблицы мы решили наглядно показать длительность набора прочности бетона в зависимости от наружной температуры. С увеличением температуры окружающей среды сокращается срок твердения бетонной смеси. Если температура достигла значений ниже 0°С, гидратация в бетонной смеси прекращается полностью: не прореагировав с цементом, вода замерзнет, приводя к нарушению качества конструкции. 

Условия, необходимые для качественного зимнего бетонирования

Если проекты частных загородных домов не останавливаются в своей реализации на зиму, то при бетонных работах следует выполнять такие условия для обеспечения успеха:

1. Сохранять температуру залитой бетонной смеси в пределах положительных значений. Достигается это устройством тепляка и прогрева внутреннего пространства посредством тепловых пушек. Существуют и электрические методы прогрева бетона. К арматуре, электродам, помещенным в бетон, или к самой металлической опалубке подводится напряжение. 

2.Применять для увеличения качества бетонной смеси противоморозные добавки. К ним относятся хлористые натрий, калий и соли неорганических кислот. Эти добавки делают возможным твердение бетонной смеси и процесс гидратации при температурах до — 15°С. 

3.Использование портландцемента быстрого твердения и супрерпластифицирующих компонентов, за счет которых уменьшается соотношение цемент/вода. Данная мера делает смесь более «жесткой» ввиду уменьшения в её составе количества воды. 

Чем помогут бетонные добавки? 

Важно внимательно изучить инструкцию по использованию антиморозных компонентов перед их применением. Существуют добавки, использовать которые для заливки фундамента запрещается ввиду ускоренного процесса коррозии арматурных изделий.  

Если в бетоне используются ПМД, он называется «холодным». Эти компоненты поддерживают воду затворения в бетоне в жидком состоянии даже при отрицательных температурах. Гидратация в бетоне протекает медленнее. Набор прочности происходит постепенно до значений 30-50% в течении месяца при условии утепления конструкций.  По истечение этого срока можно проводить консервацию фундамента. 

Особо стоит отметить, что паспортные значения температуры замерзания бетона с ПМД указываются как средние за месяц, а не на дату бетонирования. 

Чтобы сделать проект загородного дома адаптированным к зимнему строительству, кроме устройства тепляка, прогрева и добавок применяют технологию «термоса». При этом вода затворения прогревается до +60-80°С. Опалубку для заливки бетонной смеси хорошо утепляют со всех сторон, укрывая в последствии пленкой. При твердении бетона выделяется тепло, являющееся результатом химической реакции. В комплексе с мерами утепления и подогретой бетонной смесью этот способ дает условия для скорейшего твердения бетона прежде, чем он остынет до 0°С.

По технологии в бетономешалке присутствует 50% подогретой воды от всего объема затровения. После добавления щебня и прокручивания бетономешалки несколько циклов добавляется песок, цемент и оставшаяся вода. Данные меры предотвращают «сваривание» бетона. В сравнении с теплым периодом, бетон замешивается в 1,5 раза дольше. Данная мера будет более эффективна при условии применения ПМД, которые не только уменьшат сроки твердения, но и понизят критическую температуру замерзания бетона. 

Итак, мы надеемся, что две статьи, посвященные зимнему бетонированию фундаментов, с которыми познакомил вас сайт проектов домов Z500, помогут разобраться в тонкостях этой непростой технологии и убедиться, что при соблюдении всех требований можно продолжать строительство даже в зимнее время. 

Сколько сохнет бетон | Екатеринбург

Сколько сохнет бетон

Неотъемлемой частью бетонной стройки можно смело назвать проектирование и расчёт затрачиваемых ресурсов. Очень важно правильно рассчитать время, которое необходимо для того, чтобы бетон просох и набрал свою прочность. Сегодня мы с вами разберёмся, сколько времени сохнет бетон ( в зависимости от его состава) и через какой период времени можно продолжать строительные работы.

Как проходит засыхание бетона?

Процесс полимеризации, или же сушки бетона, разделяется на три этапа:

• Схватывание – скорость данного этапа зависит от объёма цементного теста, температуры окружающей среды. Например, бетон марки М300 при температуре в 20 градусов начнёт схватываться через два с половиной часа.;
• Отвердение – следующая стадия, во время которой протекает процесс гидратации цемента. Молекулы гранул цемента вступают в реакцию с водой, образуя кристаллические связи. Процесс начинается после первых суток, длительной зависит от свойств смеси и погодных условий;
• Набор прочности – завершающая стадия, занимающая основное время от сушки бетона. ;

Для того, чтобы эксплуатационные свойства ваших конструкций были на высоком уровне, нужно со внимательностью подойти к каждому этапу.

^{График набора прочности бетона при различных температурах}

С учетом технологических особенностей стройки и характеристик используемых бетонных смесей, усреднённым количеством дней, необходимых для сушки бетона является от 25 до 30 дней. По истечению этого срока, допускается продолжение строительных работ. Если залитая форма не предназначается для выполнения функций несущего элемента, допускается эксплуатация на 19-23 сутки.

На таблица предоставлена информация о том, какой процент марочной прочности набирает бетон (с учетом среднесуточной температуры в 20 градусов).

Таблица скорости набора прочности бетона

В таблице предоставляется усреднёное значение временных затрат, необходимых для набора сушки бетона. Важно отметить, что в зависимости от физико-химических характеристик бетонной смеси, необходимое время на сушки и полное твердение может варьироваться.

Стоит отметить, что большую роль играет используемая марка бетона, потому что они имеют отличные друг от друга свойства и необходимое время для засыхания. Например, бетон м200 набирает 100% прочности (196, 45 кгс/см2), при среднесуточной температуре +10-15 градусов за 28 дней. При температуре в +5 градусов, за такой же срок камень успеет набрать лишь 75-80%.

Что влияет на скорость высыхания бетона?

Основными факторами являются:

• Состав бетонной смеси и физико-химические особенности используемых составных компонентов – размер щебня, В/Ц-соотношение (водоцементное), марка цемента, песка;
• Время года и общая среднесуточная температура;
• Использование добавок в бетон;
• Применение дополнительного технического оборудования, брезентов и др.

По мнению компании «Полихим», наиболее выгодным вариантом для безопасного набора прочности бетона является линейка добавок Polytem®. Более того, широкий спектр продукции позволяет достичь желаемого результата несколькими способами.

У нас вы сможете приобрести ускорители набора прочности и твердения. Добавки работают по принципу ускорения каждого из этапов засыхания бетона.

Часть 5.1 — Ускорители схватывания и твердения в технологии бетонов

Часть 5.1

6.7.1.3 Влияние хлористого кальция на схватывание цементов при пониженных положительных температурах.

Отечественные погодно-климатические условия часто вынуждают работать если не совсем на морозе, то когда достаточно прохладно. Очень часто влияние окружающей температуры абсолютно не учитывается. И если в традиционных строительных работах это выражается в замедлении темпов работ, то при производстве пенобетона, снижение температуры в цехе на “несущественные” 5оС может явиться первопричиной брака.

Взаимодействие цемента с водой – химический процесс. Скорость протекания любой химической реакции сильно зависит от температуры. С возрастанием температуры она увеличивается, и наоборот, за редким исключением. (Одно такое интересное исключение будет использовано, когда мы будем бороться с высолами на кирпичной кладке – но это в другой рассылке).

Химическое взаимодействие цемента с водой отмечено одной особенностью – процесс идет в две стадии. Сначала, в течение нескольких часов, происходит т.н. схватывание. После его окончания – начинается твердение. И даже по прошествии 28 суток, набор прочности бетоном не прекращается. Он продолжается и дальше, годами, но именно прочность через первые 4 недели твердения и условились называть марочной прочностью. В соответствии с этой 28-ми суточной прочностью и нормируется т.н. марочность изготовленного бетона.

Снижение температуры влияет как на твердение, так, что очень важно для производства пенобетона, — на схватывание. Наглядно этот процесс иллюстрирует Таблица 6713-1

Таблица 6713-2

Время схватывания некоторых цементов марки М-400 при различных температурах.

Как видно из таблицы, даже для свежих цементов, совсем незначительное снижение температуры заметно удлиняет период схватывания.

Подавляющее большинство строителей качество цемента характеризует двумя показателями – “хороший” и “плохой”. Иногда, при этом, упоминается его марочность и завод производитель – но это уже редкость.

С таким подходом к цементу браться за пенобетон не следует. Уже, во первых, потому, что при хранении цемент теряет примерно 10% активности в месяц. Причем эта потеря сказывается, в первую очередь, именно на начале и длительности схватывания – они многократно удлиняются. Если это усугубить еще и пониженной температурой в цехе, то брак гарантирован. Ведь какой бы распрекрасный пенообразователь Вы не применяли, все равно у него имеется некий период стойкости пены. По его прошествии цементная матрица или должна успеть схватиться и приобрести самонесущие свойства, или…. – или пенобетонный массив осядет под собственным весом, и его придется выбросить.

Нельзя исчерпывающе полно охарактеризовать влияние добавки хлористого кальция на начало и длительность схватывания цемента – уж слишком это тонкий параметр. Да и не нужно это – меняющиеся всякий раз входные параметры бетонной смеси будут непредсказуемо корректировать результаты. Единственное, что можно сказать с полной определенностью – при всех прочих равных условиях, можно смело утверждать, что добавка 1% хлористого кальция от массы цемента, по его влиянию на схватывание цемента, равносильна повышению температуры на 15 – 20оС.

6.7.1.4 Влияние (ХК) на повышение пластичности бетонов.

Хлористый кальций способствует повышению пластичности бетонной смеси. В прикидочных расчетах можно считать, что для получения равноподвижных смесей, каждый процент введенного (ХК) позволяет уменьшить количество воды затворения примерно на 5%. Чем более жесткая изначально бетонная смесь, тем сильнее выражен этот эффект.

6.7.1.5 Влияние хлористого кальция на усадку бетонов.

В разных источниках мне неоднократно встречались утверждения, что ускорители на основе хлористых солей взывают очень сильную усадку бетонов. В случае с пенобетонами, эта усадка, мол, способна привести к полной невозможности использования хлоридов – пенобетон очень сильно растрескивается. Подобные суждения, иначе как спекулятивными, назвать нельзя. И вот почему.

Усадка бетонов зависит от множества причин. Если рассматривать усадку с научной точки зрения, то было бы гораздо корректней разделить усадку, как явление, на два разных процесса вызывающих, тем не менее, одинаковое физическое проявление и накладывающиеся друг на друга. Это воздействие на твердеющую цементную матрицу обусловленное капиллярными силами – т.н. влажностная усадка. И проявление результатов химических реакций между цементом и водой – т.н. контракционная усадка.

Я не буду в рамках данной темы давать развернутое объяснение – проблеме усадки и мерам борьбы с ней будет посвящена отдельная рассылка. Замечу только, что усадка зависит:

1 От свойств вяжущего, т.е. от вида цемента.

2. От количества вяжущего – цементного теста в бетоне. Чем больше цемента, тем усадка больше. Зависимость, примерно, прямо пропорциональная.

3. От свойства, состава и гранулометрии заполнителей.

4. От количества воды в бетоне. С увеличением В/Ц усадка значительно увеличивается.

5. От условий созревания бетона. Если принять усадку бетона при его вызревании при 100% влажности (пропарочная камера) за эталон, то тот же бетон, вызревавший при относительной влажности в 50% (летний навес с легким сквознячком) даст усадку в 3 – 4 раза большую. (И уже не одно поколение начинающих пенобетонщиков испытали это явление непосредственно на себе).

6. От абсолютных геометрических размерностей массива бетона и условий его армирования. Иными словами — чем меньше пенобетонный блок, тем проявление усадочных явлений в нем будут меньшими.

7. От величины добавки некоторых ускорителей, вступающих в непосредственное химическое взаимодействие с минералами цементного клинкера, — и хлористого кальция, в том числе.

Вот последний пункт и рассмотрим подробней. Исследованиями установлено, что да, действительно, хлористый кальций увеличивает усадочные явления в бетоне. Примерно в 1.2 – 1.3 раза по сравнению с аналогичным, бездобавочным бетоном. Но, мы видели ранее, что повышение относительной влажности среды вызревания бетона может снизить усадку чуть ли не в 4 раза. Как и наоборот. Иными словами, снижать усадку наиболее эффективно, действуя именно в этом направлении – в обеспечении влажностных, еще лучше тепло-влажностных условий вызревания бетона. А это не только достаточно хлопотно и затратно, но и, порой, просто невыполнимо технически.

Как это ни парадоксально, но получается, что любой эффективный ускоритель, пусть он даже сам склонен повышать усадку, в конечном итоге общую усадку снижает. За счет ускоренной гидратации цемента под воздействием ускорителя, бетону уже нет нужды целый месяц устраивать, буквально, тепличные условия.

Кроме того, повышенные дозировки цемента в бетоне, зачастую обусловлены исключительно потребностью иметь высокую раннюю прочность — как правило, для ускорения оборачиваемости формоснастки. Двигаясь по другому пути – улучшая кинетику набора прочности ускорителями “взрывного” действия (в первую очередь это соляная кислота и её соли – хлориды), можно избежать излишнего перерасхода цемента. Это не только само по себе экономически выгодно, но и позволяет минимизировать усадку.

6.7.1.6 Влияние хлористого кальция на кинетику набора прочности в первые часы твердения.

Процессы твердения бетона в раннем возрасте протекают интенсивней и с большей полнотой, когда его температура повышается, а не наоборот. Это относится как к бетону с ускорителями, так и к бездобавочному бетону. Объясняется это тем, что, например, при понижении температуры, т.е. при более высокой начальной температуре, процессы гидролиза минералов, входящих в состав цементного клинкера, протекают сперва интенсивно – начинают образовываться коллоидные массы. Но затем эти процессы как бы искусственно тормозятся понижением температуры.

Кроме того, известь, выделяющаяся при гидратации цемента, имеет т.н. “аномальную растворимость” – её растворимость с уменьшением температуры наоборот увеличивается. Поэтому она вновь переходит в раствор из начавших выкристализацию новообразований – по сути, частично их разрушая. Таким образом, нарушается целостная и упорядоченная структура начавшего образовываться цементного камня, и это приводит к некоторому понижению его прочности на общем фоне твердения.

При постепенном повышении температуры мы имеем обратную картину. В этом случае процессы твердения протекают плавно, постепенно развиваясь. Благодаря этому получается более равномерная, упорядоченная и плотная структура цементного камня. Этому способствует также и то, что известь, сначала перешедшая в раствор в большом количестве, затем, с повышением температуры, начинает из него выкристаллизовываться и образовывать либо коллоиды и гели, либо кристаллические сростки. Эти процессы способствуют уплотнению гелей и, тем самым, увеличению прочности цементного камня.

Исследованиями было установлено количество тепла, дополнительно выделяющегося в присутствии хлористого кальция при гидратации 4 основных минералов цементного клинкера (см. Таблица 6716-1)

Таблица 6716-1

Элементарное тепловыделение основными минералами цементного клинкера

(за первые 24 часа в кал на 1% содержания в 1 г цемента)

Анализ таблицы показывает, что добавка хлористого кальция несколько повышает количество тепла за первые 24 часа, выделяемые двухкальциевым силикатом (C2S) и четырехкальциевым алюмоферитом (C4AF), и уменьшает количество тепла, выделяемого трехкальциевым алюминатом (C3A). На тепловыделение трехкальциевого силиката (C3S) добавка хлористого кальция почти не оказывает влияния.

Если взять уже упоминавшийся ранее цемент ПЦ-400 завода Комсомолец и в свете данных из этой таблицы произвести подсчеты, то получим следующие цифры:.

Минералогический состав этого цемента следующий:

C3S — 62.7%

C2S — 16.4%

C3A — 3.4%

C4AF – 16.2%

Для бездобавочного цемента, выделение тепла составит:

(62.7 * 0.8) + (16.4 * 0.19) + (3.4*1.62) + (16.2*0.01) = 50.16 + 3.12 + 5.51 + 0.16 = 58.94 кал

Добавка 1% (ХК) позволяет с каждого грамма цемента дополнительно получить 3.27 кал тепла

(62.7 * 0.78) + (16.4 * 0.26) + (3.4*1.47) + (16.2*0.25) = 48.91 + 4.26 + 4.99 + 4.05 = 62.21 кал

Если принять расход цемента в 480 кг/м3 (типовой для пенобетона) то тепловая прибавка от добавки в его состав всего 1% хлористого кальция составит ни много, ни мало – 1569 ккал. Много это или мало? Если перевести цифры в общепонятный формат, то этого количества тепла, в его бензиновом эквиваленте, хватит среднему легковому автомобилю, чтобы проехать более 20 км.

Таким образом, хлористый кальций может быть применен как в работах при нормальных температурах (от +10оС до +25оС) для ускорения процессов схватывания и твердения, так и в работах при пониженных температурах (ниже +10оС). И хотя в обоих случаях он дает значительную интенсификацию процессов схватывания и твердения, в последнем случае, т.е. при пониженных положительных температурах, его сравнительная эффективность значительно выше.

6.7.1.7 Влияние хлористого кальция на твердение бетона в период 1 – 28 суток, и на конечную марочную прочность.

При наличии необходимой влажности твердение бетона, как правило, происходит тем интенсивней, чем выше его температура. С понижением температуры и, особенно с приближением её к 0оС твердение бетона резко замедляется, что особенно сильно сказывается в самом раннем возрасте. Объясняется это сильным снижением активности воды в химической реакции взаимодействия с цементом. При температуре окружающей среды 0оС вследствие продолжающейся реакции гидратации цемента, которая сопровождается тепловыделением, в бетоне некоторое время поддерживается положительная температура и набор прочности, хоть и незначительный, продолжается. По мере его затухания, уменьшается и количество выделяющегося тепла, что еще более снижает темп набора прочности.

Переходу критической точки через 0оС препятствует скрытая теплота льдообразования. Замерзание в бетоне воды, связанное с переходом её из жидкого состояния в твердое, происходит не сразу с наступлением температуры, равной нулю, а значительно ниже. Часть воды при отрицательной температуре вообще остается в жидкой фазе, поэтому твердение бетона продолжается, хотя и очень замедленно. При этом активные цементы, содержащие повышенный процент высокоосновных минералов клинкера, обеспечивают более быстрое накопление прочности бетона. Малоактивные клинкерные цементы и цементы с тонкомолотыми добавками при температурах, близких к 0оС, более резко замедляют твердение растворов и бетонов.

Данный вопрос имеет большое практическое значение при производстве работ, как в зимних, так и особенно, в осенних или весенних условиях. Методы производства работ должны выбираться с учетом резкого замедления твердения растворов и бетонов с приближением температуры к 0оС. Значительную роль в таких случаях играют добавки – ускорители схватывания и твердения. Для упрощения способов производства работ и для обеспечения надлежащего качества бетона в названных выше условиях следует применять более активные и высокоэкзотермичные цементы.

Таблица 6717-1

Относительная прочность бетона на сжатие при различных температурах твердения, % от 28-суточной

(твердение при +20оС и влажности 90-100%)

При применении портландцементов, содержащих трехкальциевого алюмината более 6%, скорость нарастания прочности по сравнению с приведенными выше (см. Таблица 6717-1) данными увеличиваются примерно на 10%. Разница в скорости набора прочности бетона на двух цементах одинаковой марки, но с различным содержанием С3А приведено в Таблице 6717-2

Таблица 6717-2

Нарастание прочности бетона марок 200-300 на портландцементе марки 400 Белгородского и Воскресенского заводов

Примечание Б — портландцемент Белгородского завода (С3А<6%), В — то же, Воскресенского завода (С3А>6%)

Добавка хлористого кальция существенно меняет характер твердения бетона. Множество испытаний средней интенсивности нарастания прочности бетона на портландцементе с добавкой хлористого кальция отражено в Таблице 6717-3

Таблица 6717-3

Влияние добавки СаС12 на прочность бетона

В зависимости от окружающей температуры, эффективность хлористого кальция отражает Таблица 6717-4

Таблица 6717-4

Увеличение прочности бетона в % при различных температурах твердения и добавке 2% CaCl2

В приведенных выше таблицах (Таблица 6717-1 — 6717-4) данные представляют собой средние значения, выведенные из большого числа опытов, проведенных в лаборатории ускорения твердения бетона НИИЖБ в 1970—1974 гг. и уточняют величины набора относительной прочности до 28-суточного возраста по сравнению с ранее публиковавшимися данными, которые были основаны на экспериментах 1939— 1941 гг., когда марки цементов отличались от современных. Кинетика роста прочности устанавливалась на бетонах, изготовленных из смесей подвижностью 6-8 см осадки конуса.

6.7.1.8 Влияние хлористого кальция на твердение бетона при ТВО

Как и для всех остальных добавок, для (ХК) характерен сброс прочности бетонов после ТВО при дозировках превышающих определенную величину (см. Таблица 6718-1).

Анализ и сопоставление аналогичной таблицы (см. Таблица …) по сульфату натрия свидетельствует, что для случая изготовления пенобетона, когда расход цемента и В/Ц велики, (ХК) намного предпочтительней – сброс прочности наблюдается при дозировках более чем в 2 раза больших, чем для (СН).

Для (ХК) это, по сути предельные разумные дозировки, с лихвой перекрывающие все потребности пенобетонщиков по кинетике схватывания – осадки не будет.

Таблица 6718-1

Влияние добавки (ХК) на прочность пропаренного бетона в зависимости от расхода цемента и принятом В/Ц в % от R28 сразу после ТВО

Примечание: Таблица 6718-1 составлена по результатам графических данных с погрешность. +/- 1.

Длительность ТВО (пропаривания) – 9 часов. Режим пропаривания в первоисточнике не указан.

6.7.1.9 Достоинства и недостатки хлористого кальция.

Если в сопоставимом формате попытаться проанализировать достоинства и недостатки (ХК) картина может выглядеть следующим образом.

Достоинства:

1. Является отходом основных химических производств, а потому дешев и легко доступен.

2. Из условий получения, практически не содержит вредных примесей, способных оказывать негативное влияние на человека.

3. Побочные примеси, как правило, других хлоридов, улучшают (как минимум не ухудшают) его эффективности как ускорителя.

4.Хорошо растворяется даже в холодной воде с выделением тепла.

5. Возможно его хранение в форме высококонцентрированных растворов без опасности выкристализации при похолодании.

7. Легко поддается модифицированию “внешними” ингибиторами, которые тоже являются ускорителями.

8. Совместим практически со всеми другими хим. добавками в составе полифункциональных комплексов.

9. Способен самопроизвольно модифицировать технические лигносульфонаты, будучи в составе полифункциональных комплексов.

10. Способен незначительно пластифицировать бетонные смеси, особенно жесткие.

11. Как самостоятельно, так и совместно с другими хлоридами, в повышенных дозировках выступает в качестве высокоэффективной противоморозной добавки.

12. Полностью вступает в химическую реакцию с минералами цементного клинкера, поэтому не склонен к образованию высолов и выцветов.

13. Позволяет “реанимировать” лежалые цементы. В этом случае особенно эффективен для лежалых высокомарочных цементов. (В них, как правило, содержание трехкальциевого алюмината повышено).

14. Положительно влияет на ускорение схватывания и твердения бетонов с большим содержанием золы-уноса.

15. Ускоряет и облегчает прогрев бетона при ТВО из-за повышенного выделения тепла при ускоренной гидратации цемента.

16. Позволяет применять повышенные дозировки, по сравнению с другими добавками, при ТВО, без сброса прочности.

17. Резко ускоряет как кинетику набора прочности при нормальном хранении, так и 28-ми суточную прочность.

Недостатки:

1. Вызывает коррозию стальной арматуры и оборудования.

2. В повышенных дозировках, свыше 3% от массы цемента, усиливает усадку бетона.

марка, определение, класс, таблица, требования и характеристики морозостойкого бетона

Одна из важных характеристик бетона, используемого для строительства в регионах с холодными зимами и температурными перепадами, – морозостойкость. Она определяет свойство материала выдерживать многократное замораживание и оттаивание.

Показателем морозостойкости бетона является марка, равная количеству циклов замораживания и оттаивания до возникновения видимых признаков разрушения, уменьшения прочности более чем на 5%, изменения физических характеристик.

Марка обозначается буквой F и числом, равным максимальному количеству циклов до состояния, обозначенного в нормативе.

Эта величина важна для смесей, применяемых при сооружении фундаментов, наружных стен, объектов гидротехнического назначения, опор мостов и других строительных конструкций ответственного назначения.

Классификация морозостойкости бетонов

Виды бетонных смесей по морозоустойчивости регламентируются ГОСТом 25192-2012. Помимо показателя F, морозостойкость могут определять следующие характеристики:

• F1 – марка, установленная при исследовании материала, находящегося в водонасыщенном состоянии;
• F2 – марка бетонных смесей, производимых для устройства покрытий дорог и аэродромов или эксплуатации в контакте с минерализованными водами, образцы для исследований насыщают 5% раствором NaCl.

Требования к морозостойкости бетона зависят от запланированной области его применения:

• До F50. Это низкий уровень устойчивости к знакопеременным температурам. Такая смесь применяется для внутренних работ, в подготовительных строительных мероприятиях.
• F50-F150. Этот материал со средним уровнем морозоустойчивости широко применяется в рядовом строительстве объектов, расположенных в регионах с умеренным, устойчивым климатом.
• F150-F300. Такие бетоны востребованы при строительстве в регионах с холодным климатом.
• Выше F300. Смеси с высокой стойкостью к температурным перепадам применяются для сооружения объектов специального назначения, а также сооружений, эксплуатируемых в тяжелых климатических условиях.

Прочность и показатель морозостойкости всех видов бетона находятся в прямой зависимости: чем выше прочность, тем больше морозоустойчивость материала.

Таблица зависимости класса прочности и морозостойкости бетона

От каких факторов зависит морозостойкость бетона?

Основной параметр, влияющий на способность материала противостоять замораживанию и оттаиванию, – количество пор. Чем оно выше, тем большее количество воды проникает в бетонный элемент.

При отрицательных температурах вода меняет агрегатное состояние, превращаясь в лед с увеличением объема примерно на 10%. Поэтому с каждым циклом бетонная конструкция постепенно деформируется, утрачивая прочностные характеристики.

Вода, проникающая вглубь конструкции, разрушает не только сам бетон, но и вызывает коррозию стальной арматуры.

Способы определения морозостойкости бетона

Способы определения морозоустойчивости регламентирует ГОСТ 10060-2012. Методика актуальна при разработке новых рецептур и передовых технологий, контроле качества при купле-продаже. Для испытаний изготавливают образец кубовидной формы со сторонами 100-200 мм. Циклы замораживания и оттаивания осуществляются в диапазоне -18…+18°C. В соответствии с ГОСТом существует несколько вариантов вычисления этого показателя:

• базовый многократный;
• ускоренный многократный;
• ускоренный однократный.

Если результаты ускоренных испытаний отличаются от результатов базовых, то эталонными считаются показатели базовых исследований.

Основные этапы базовых испытаний водонасыщенных образцов, проводимых в соответствии с ГОСТом:

• Бетонные кубики насыщают водой и обтирают влажной тканью. Испытывают на сжатие.
• Исследовательский материал помещают в морозильную камеру для замораживания. Выдерживают заданный режим.
• Оттаивание производят в специальных ваннах.
• После оттаивания с образцов щеткой удаляют отслаивающийся материал.
• Кубики обтирают ветошью, определяют массу и исследуют на сжатие.
• Обрабатывают результаты испытаний.

Пониженную морозостойкость материала можно определить и подручными методами. Конечно, результаты таких исследований не могут использоваться при составлении проектной документации.

• Визуальный осмотр. О низкой устойчивости к знакопеременным температурам свидетельствует наличие трещин, бурых пятен, расслаивания, шелушения.
• Определение водопоглощения. Если этот показатель равен 5-6%, то устойчивость к низким температурам будет пониженной.
• Высушивание влагонасыщенного образца на солнце. Его растрескивание сигнализирует о пониженной морозостойкости.

Способы повышения морозостойкости

Повысить морозоустойчивость бетона можно несколькими способами:

• Изолировать бетонный элемент от неблагоприятного внешнего воздействия с помощью обмазочных и окрасочных материалов, пропиток.
• Использовать цемент более высоких марок. Чем прочнее вяжущее, тем выше морозоустойчивость готового бетонного элемента.
• Получить плотную структуру материала путем тщательного уплотнения различными способами и создания благоприятных условий твердения бетонной смеси
• Изготовить морозостойкий бетон можно путем введения в его состав специальных присадок.

Подробнее рассмотрим виды и принцип действия добавок:

• Поверхностно-активные вещества. Обеспечивают образование плотной структуры.
• Присадки, способствующие появлению шаровидных пор. Вода, проникшая в бетонную конструкцию, при замерзании выталкивается в эти пустоты, поэтому структура материала при изменении агрегатного состояния воды не повреждается.
• Суперпластификаторы. Увеличивают плотность, повышают водонепроницаемость, а следовательно, показатели морозостойкости. 
• Добавки, улучшающие водонепроницаемость бетонного элемента и его внутреннюю структуру. К ним относятся «Дегидрол», «Пенетрон Адмикс», «Кристалл».

Присадки для бетона с глиноземистым цементом обычно не применяются, поскольку они могут не улучшить, а снизить характеристики материала.

Кинетика твердения бетона с наноуглеродной добавкой УКД-1 в варианте беспрогревной технологии Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

DOI: 10.21122/2227-1031-2016-15-4-271-280 УДК 666:941; 693.Белорусско-Российский университет (Могилев, Республика Беларусь), 2)Белорусский национальный технический университет (Минск, Республика Беларусь)

© Белорусский национальный технический университет, 2016 Belorusian National Technical University, 2016

Реферат. Изложены результаты исследований влияния отечественной комплексной химической добавки, содержащей структурированный углеродный наноматериал и характеризующейся совмещенным (ускоряющим твердение и пластифицирующим) эффектом на кинетику твердения бетона в беспрогревном варианте технологии монолитного бетонирования. С использованием стандартизированных и оригинальных методик экспериментально выявлены закономерности роста прочности тяжелого цементного бетона под влиянием отдельно взятого ускоряющего компонента добавки УКД-1 и самой этой добавки в зависимости от ее дозировки (в диапазоне 0,5-2,0 % от массы цемента). Оценены зависимости темпа роста бетона с добавкой УКД-1 от основных технологических факторов — качества цемента, величины водоцементного отношения, состава бетона и консистенции бетонной смеси, температуры среды твердения и теплоизолирующих характеристик форм-опалубок.Belarusian-Russian University (Mogilev, Republic of Belarus), 2)Belarusian National Technical University (Minsk, Republic of Belarus)

Abstract. The paper presents results of investigations on influence of domestic complex chemical additive containing structured carbon nanomaterial and characterized by combined (curing acceleration and plasticizing) effect on concrete curing kinetics in non warm-up version of monolithic concreting technology. Standardized and original methods have revealed experimentally regularities in increase of strength for heavy cement concrete under the influence of specific accelerating UKD-1 additive component and the additive itself according to its dosage (within the range of 0.5-2.0 % of cement mass). Growth rate dependences for the concrete with UKD-1 additive on basic technological factors: cement quality, water-cement ratio value, concrete composition and concrete mixture consistency, curing environment temperature and heat-insulating characteristics of shuttering blocks have been evaluated in the paper. Such approach has made it possible to substantiate rational modes and parameters of conditions for concrete curing with the UKD-1 additive in order to ensure strength (under compression) in the 50-100 % range of the required value at the project age of 28 days without energy consumption for acceleration of its curing.

Keywords: concrete, curing kinetics, UKD-1-nanocarbon additive, non warm-up technology

For citation: Marko O. Yu., Batyanovsky E. I. (2016) Curing Kinetics of Concrete with UKD-1-Nanocarbon Additive in Version of Non Warm-Up Technology. Science & Technique. 15 (4), 271-280 (in Russian)

Адрес для переписки

Батяновский Эдуард Иванович Белорусский национальный технический просп. Независимости, 150, 220013, г. Минск, Республика Беларусь Тел.: +375 17 265-95-87 [email protected]

Address for correspondence

Batyanovsky Eduard I.

Belarusian National Technical University

150 Nezavisimosty Ave.,

220013, Minsk, Republic of Belarus

Tel.: +375 17 265-95-87

[email protected]

Наука

иТ ехника. Т. 15, № 4 (2016)

Введение

Технологию бетонирования, при которой бетон конструкций твердеет без подвода теплоты от искусственных внешних источников, принято называть беспрогревной [1-3]. Естественно, что она характеризуется минимальными затратами энергии, но одновременно и относительно невысоким темпом роста прочности бетона. А это сопровождается увеличением периода оборота опалубок и сроков строительства из монолитного бетона и увеличением технологического цикла изготовления сборных изделий. В статье приведены результаты исследований, предлагающих решение задачи по ускорению темпа роста прочности бетона в беспрогревном варианте технологии монолитного бетонирования и при изготовлении сборных изделий за счет введения в его состав комплексной добавки УКД-1. Повышенная эффективность этой добавки обеспечивается тем, что на стадии приготовления бетона она позволяет снизить на 15-25 % начальное водосодержа-ние (за счет пластифицирующего компонента), а на стадии твердения бетона — ускорить гидро-лизно-гидратационные процессы в цементном тесте за счет совместного действия химической добавки — сульфата натрия и введенного в состав комплекса углеродного наноматериа-ла (УНМ). Кроме того, структурированный УНМ (в виде ультрадисперсных частиц, а также моно- и многослойных трубок (волокон)) проявляет эффект нано-, микроармирования структуры затвердевшего цементного камня в бетоне, что обеспечивает рост его прочности на осевое растяжение и сжатие до 25 % и 15-20 % соответственно [4-6]. Под влиянием комплекса УКД-1, как будет показано далее, эффективность возрастает и соответствует приросту прочности бетона на сжатие в проектном (28 сут.) возрасте до 30 %, а за 24-48 ч твердения — в 1,5-2 раза, что и составляет основу эффективной беспрогревной технологии монолитного бетонирования (либо изготовления сборных изделий) с применением этой добавки.

Общая методика экспериментальных

исследований

На начальном этапе исследований по кинетике твердения (росту прочности на сжатие) бетона определили оптимальную дози-

ровку добавки УКД-1 в бетон по методике ГОСТ 30459-96 [7] на контрольном составе бетона: цемента (М500 Д0; ОАО «Красносельск-стройматериалы») Ц = 350 кг; щебня (гранитного по ГОСТ 8267-93: фракции 5-20 мм;

рЩ ~ 1440 кг/м3; рЩ ~ 2700 кг/м3) Щ = 1100 кг;

природного песка (по ГОСТ 8736-93: р^ ~

~ 1550 кг/м3; рп ~ 2650 кг/м3; Мк ~ 2,45) П = 750 кг; воды В = 175 кг; подвижность смеси ОК ~ 3-4 при твердении образцов размерами 100x100x100 мм в нормально-влажност-ных (ф > 90 %; t ~ 20 оС) условиях. Для сравнения оценивали кинетику твердения бетона без добавок, с добавкой ускорителя твердения сульфата натрия (СН) и с исследуемой добавкой УКД-1 в разных дозировках относительно массы цемента.

Затем исследовали режимы твердения бетона по беспрогревной технологии при изменении температуры окружающей среды от 5 до 30 °С. При этом образцы бетона твердели в формах, имитирующих опалубки различных типов (табл. 1), с существенным различием коэффициентов теплопередачи Кт = 0,6-3,5 Вт/(м2-°С) при скорости ветра ув = 0. В данных экспериментах и далее использовали составы бетона, наиболее широко применяемых классов по прочности С12Л5-С32/40, приведенные в табл. 2.

Таблица 1

Характеристики форм-опалубок Characteristics of shuttering blocks

Материал формы-опалубки и крышки Кт (расчетный) стенок формы (крышки), Вт/(м2-°С), при = 0

1. Доска, 25 мм 2,44

2. Металл (сталь), 10 мм 3,50

3. Металл (10 мм) + минера-ловатная плита (60 мм) ~1,00

4. Фанера (12 мм) + минера-ловатная плита (60 мм) ~2,98; ~0,60*

* С утеплением.

Составы бетона с добавкой ускорителя твердения СН приняты для оценки (сравнения) эффективности исследуемой добавки УКД-1. Известно, что монодобавка СН в дозировке 1 % от массы цемента (далее — МЦ) может обеспечить реализацию весьма эффективных (со сниженными по затратам энергии) технологий

Наука

итехника. Т. 15, № 4 (2016)

изготовления сборных изделий [1-3, 8], а сопоставление (при прочих равных условиях) результатов экспериментов позволит выявить уровень эффективности добавки УКД-1.

Таблица 2

Составы бетона для исследований Concrete compositions for investigations

Номер состава бетона Класс бетона Подвижность бетонной смеси (ОК), см Марка цемента Расход составляющих, кг/1 м3 бетона В/Ц бетона Относительное водосодержание цементного теста (Х), доли ед.

Ц П Щ В

А. Состав без добавок

1 С12/!5 12-14 М400 380 685 1100 201 0,53 1,60

2 С25/30 12-14 М500 465 590 1090 208 0,45 1,42

Б. Состав с добавкой 1 % СН

3 С12/!5 12-14 М400 360 720 1100 182 0,50 1,44

4 С25/30 12-14 М500 442 625 1100 195 0,44 1,38

В. Состав с комплексной добавкой 1 % УКД-1

5 С12/!5 12-14 М400 340 715 1150 163 0,48 1,32

6 С12/!5 21-23 М400 405 720 1065 180 0,44 1,27

7 С25/30 12-14 М500 345 725 1175 146 0,42 1,20

8 С25/ С ’30 21-23 М500 420 720 1065 175 0,41 1,26

9 С32/ С ’40 12-14 М500 400 695 1150 156 0,39 1,12

В процессе исследований периодически испытывали образцы бетона на прочность (сжатие). Эти результаты отражали кинетику ее роста в условиях, характеризовавшихся различной температурой окружающей среды и коэффициентом теплопередачи опалубки. Одновременно оценивали различные условия для накопления (аккумуляции) теплоты экзотермии цемента и обусловленного этим уровня температуры саморазогрева бетона, что фиксировали с помощью датчиков-термопар, установленных в геометрический центр бетонных образцов размерами 150x150x150 мм. Выявленные закономерности саморазогрева бетона и влияния его на кинетику роста прочности бетона с добавкой УКД-1 позволили в последующем сформулировать рекомендации по назначению режимов его естественного твердения (беспро-гревная технология) в зависимости от качества

Наука

иТ ехника. Т. 15, № 4 (2016)

цемента, температуры окружающей среды, начальной температуры свежеуложенного бетона и теплоизолирующих качеств опалубки.

Кинетика роста прочности бетона с добавкой при твердении в нормально-влажностных условиях

Результаты экспериментов, отражающие зависимость кинетики роста прочности бетона из равноподвижных смесей (ОК ~ 3-4 см) с различным количеством добавки УКД-1 и рекомендуемым для железобетона расходом наиболее широко применяемого в отрасли ускорителя твердения (1 % Na2SO4 от массы цемента, взятом для сравнения с [1, 3, 9]), приведены в табл. 3. Даны средние значения относительной (в % от проектной (28 сут.) прочности бетона без добавок) прочности в серии (не менее трех образцов), приведенной с поправочным масштабным коэффициентом 0,95 по ГОСТ 10180-2012 [10]; внутрисерийный коэффициент вариации не превышал 7-8 %.

Таблица 3

Влияние добавки УКД-1 на кинетику твердения бетона в нормально-влажностных условиях

Influence of UKD-1-additive on concrete curing kinetics under normal moisture conditions

Вид и количество добавки, % от МЦ Прочность бетона, % от проектной, в возрасте, сут. Прочность на сжатие в возрасте 28 сут.

1 2 3 4 7 МПа %

Без добавок 26 43 53,0 60 71,0 38,5 100

СН; 1,00 42 66 78,0 82 91,0 40,8 106

«УКД-1»; 0,50 42 67 79,5 84 93,0 43,1 112

«УКД-1»; 0,75 44 71 83,0 91 100,5 45,4 118

«УКД-1»; 1,00 48 77 92,0 100 110,0 48,5 126

«УКД-1»; 1,50 49 78 94,0 104 111,0 49,7 129

«УКД-1»; 2,00 50 80 95,0 106 113,0 50,0 130

«УКД-1»; 1,00* 28 46 58,0 63 76,0 40,8 106

«УКД-1»; 1,50* 26 44 55,0 61 73,0 39,7 103

* Составы без уменьшения расхода воды; бетонная смесь характеризовалась подвижностью ОК10 ~ 16-18 см и ОК15 ~ 23-25 см соответственно.

Из данных табл. 3 следует, что по критерию рост прочности — расход добавки наиболее рациональна дозировка добавки УКД-1, равная ~1 % от массы цемента. Так, если увеличение относительной прочности бетона с ростом ее дозировки от 0,5 до 1,0 % в начальные сроки (1-3-и сут.) составило: (48 — 42) : 42 ■ 100 ~ 14,3 %

и (92 — 79,5) : 79,5 ~ 15,7 %, а к 28-м сут. -(128 — 112) : 112 • 100 ~ 12,5 %, то с увеличением дозировки от 1,0 до 2,0 % выявлен рост прочности в 1-3-и сут. твердения: (50 — 48) : 48 • 100 ~ ~ 4,2 %; (106 — 100) : 100 • 100 ~ 6 %, а к проектному возрасту: (130 — 126) : 126 • 100 ~ 3,2 %. На этом основании в последующих исследованиях использовали добавку УКД-1 в дозировке 1 % от МЦ.

Анализ всей совокупности результатов экспериментов (табл. 3, рис. 1) показывает преимущество комплексной добавки УКД-1 в сравнении с монодобавкой ускорителя твердения СН. Одновременно следует отметить, что, несмотря на снижение водосодержания бетона в равноподвижных смесях при введении добавки УКД-1 в дозировке 0,50-0,75 % от МЦ, его прочность в начальные сроки (1-2 сут.) твердения незначительно (на 2-5 %) превышала прочность с 1 % Ка2804. Очевидно, что этот эффект связан с замедляющим реакции цемента с водой действием пластифицирующего компонента УКД-1. Однако в целом уровень прочности образцов бетона с добавкой УКД-1 оказался выше, чем образцов с 1 % Ка2804, несмотря на то что ускоряющего компонента (того же Ка2804) в УКД-1 при ее дозировке 0,5-1,0 % от МЦ заведомо меньше (0,375-0,700 % от массы вещества добавки УКД-1). Отсюда следует вывод о дополнительном эффекте ускорения твердения (роста прочности) цементного бетона «присадкой» структурированного углеродного наноматериала, содержащегося в добавке УКД-1 и установленного в исследованиях [4, 6, 11].

Рис. 1. Тенденция кинетики твердения бетона

в нормально-влажностных условиях: № 1 — бетон без добавок; № 2 — с 1 % Na2SO4; № 3 — с 1 % УКД-1

Fig. 1. Tendencies in concrete curing kinetics under normal moisture conditions: No 1 — concrete without additives; No 2 — with 1 % of Na2SO4; No 3 — with 1 % of UKD-1

По результатам экспериментов, к проектному возрасту (28 сут.) прочность бетона с добавкой УКД-1 составила от 112 % (0,5 % УКД-1) до 130 % (2,0 % УКД-1 ) относительно прочности образцов бетона из равноподвижных смесей без добавок. При этом за 24-48 ч твердения превышение составило ~1,9 раза, а уровень прочности бетона от проектной, достигающей порядка 50 % (через 24 ч) и 70-80 % (через 48 ч), обеспечивает бездефектную распалубку конструкций с ненапрягаемой арматурой в пределах суток, а с напрягаемой — через 48 ч твердения в нормальных температурно-влажностных условиях.

Одновременно выявлено, что введение добавки УКД-1 с целью пластификации бетона (составы со звездочкой в табл. 3; подвижность бетонной смеси ОК1,0 ~ 16-18 см и ОК1,5 ~ 23-25 см (литая смесь)) замедлило темп роста его прочности в сравнении с бетоном с этой добавкой подвижностью 3-4 см. Вместе с тем по сравнению с бетоном без добавок аналогичного состава темп роста прочности пластифицированного бетона не только не изменился, но и характеризуется (3-6)%-м приростом прочности с 1,0-1,5 % УКД-1 в проектном (28 сут.) возрасте.

Кинетика твердения бетона

в условиях «термоса»

Основная задача настоящего этапа исследований — установление зависимости кинетики роста прочности бетона с добавкой УКД-1 от его саморазогрева за счет аккумуляции теплоты экзотермии цемента. Известно, что в процессе реакции с водой затворения минералов порт-ландцементного клинкера выделяется значительное количество теплоты. Ее аккумуляция (путем гидро-, теплоизоляции твердеющего бетона) способствует росту его температуры, что в свою очередь интенсифицирует реакции цемента с водой и тем самым повышает его тепловыделение в 1-3-и сут. твердения, а в результате — повышает темп роста прочности бетона. Этот эффект возрастает с введением в реагирующую систему цемент — вода добавок, ускоряющих твердение бетона [1, 12-15]. Таким образом, для реализации эффективной бес-прогревной технологии цементного бетона необходимо максимально возможное использование экзотермии вяжущего, что может быть

Наука

итехника. Т. 15, № 4 (2016)

достигнуто при твердении бетона по методу термоса.

На начальном этапе экспериментов установили кинетику роста прочности бетона с 1 % от МЦ добавки УКД-1 и изменение его температуры в процессе твердения в условиях гидро-и теплоизоляции. Для этого поверхность форм герметизировали полиэтиленовой пленкой и устанавливали в пенополистирольный ящик на период твердения. В геометрический центр одного из средних (в трехгнездных формах) образцов устанавливали датчик-термопару для контроля над изменениями температуры. Начальную температуру бетона приняли в диапазонах 5-8; 12-15 и 18-22 °С, как наиболее характерных для весенне-летне-осеннего периода ведения работ в Беларуси. В качестве примера использовали составы бетона класса С /15 (ОК ~ 12-14 см) № 1 (без добавки) и № 3 (1 % УКД-1). Периодически контролируя изменения температуры и прочность твердеющего бетона, получили данные, приведенные в табл. 4.

Таблица 4

Кинетика изменения температуры и прочности бетона при твердении в условиях термоса

Kinetics in temperature change and concrete strength in case of curing under thermos conditions

Из результатов эксперимента следует, что сведение к минимуму потерь теплоты экзотер-мии цемента позволяет даже при низкой положительной начальной температуре бетонной смеси создать в твердеющем бетоне с добавкой благоприятный температурный режим, а при начальной температуре смеси не ниже 13-15 °С обеспечить температуру в бетоне более 20 °С, т. е. фактически нормальный режим твердения.

Интенсификация процесса гидратации цемента добавкой УКД-1 повышает его тепловыделение, а аккумуляция теплоты обеспечивает саморазогрев бетона (увеличение температуры от начальной на 15-20 °С в первые 2-3 сут. твердения при использовании цемента II и I групп эффективности соответственно). Применение вяжущего III группы эффективности сопровождается низким тепловыделением и соответственно незначительным разогревом бетона и темпом роста его прочности. Фактически использование цемента III группы эффективности противоречит цели разработки и нецелесообразно для беспрогревной технологии.

Из полученных экспериментальных данных о кинетике роста прочности бетона с добавкой 1 % УКД-1 следует, что ее уровень >50 % от прочности проектного возраста (обеспечивающий условия бездефектной распалубки монолитных конструкций и сборных изделий с ненапрягаемой арматурой) достигается через 24 ч естественного твердения в условиях гидро-, теплоизоляции при использовании цемента I и II групп эффективности при пропари-вании; прочность бетона >70 % в тех же условиях твердения достигается к 40-48 ч. Для бетона, приготовленного на вяжущем III группы эффективности, время твердения до /ст > 50 % и /ст > 70 % от /ст28 составляет не менее двух, трех и четырех суток соответственно.

Очевидно, что для реализации эффективной беспрогревной технологии предпочтительны цементы I группы эффективности с допущением к применению цементов II группы эффективности.

Кинетика твердения бетона в диапазоне температур 5-30 °С в зависимости от теплозащитных свойств(вида)опалубки

Исследования с целью разработки режимов твердения бетона с добавкой 1 % УКД-1 без

Порядковый номер состава по табл. 2 Группа эффективности цемента М400 Температура бетона, оС, к исходу суток Прочность бетона, % от fcm,28, через сутки

0* 1 2 3 1 2 3

А. Состав без добавок

1 I 20 25 30 33 37 58 64

1 II 20 23 28 30 35 55 62

1 III 20 23 25 28 29 51 56

Б. Состав с добавкой УКД-1

3 I 6 9 17 24 32 50 65

3 I 13 18 28 33 41 58 74

3 I 20 28 37 42 54 79 96

3 II 6 8 14 21 27 46 63

3 II 13 15 25 29 36 51 70

3 II 20 25 33 38 51 74 89

3 III 6 8 12 16 21 44 53

3 III 13 15 22 24 32 52 62

3 III 20 21 28 31 35 56 72

* Начальная температура свежеотформованного бетона.

Наука

иТ ехника. Т. 15, № 4 (2016)

подвода теплоты в диапазоне температур среды твердения 5-30 °С (начальная температура бетонной смеси равнялась 5-20 °С) для ведения бетонных работ монолитным способом выполнены с учетом ранее полученных данных. Формы, в которых твердел бетон, имитировали опалубку разных типов с характеристиками, приведенными в табл. 1. В экспериментах использовали цемент ОАО «Красносельскстрой-материалы» марок М400 и М500 II группы эффективности при пропаривании; остальные материалы — в соответствии с ранее приведенными характеристиками.

Образцы бетона (размерами 150x150x150 мм) изготавливали в формах с укладкой вибрированием со стандартными параметрами (амплитуда А ~ 0,5 мм; частота ~50 Гц) в течение 5-10 с (для подвижности смеси марки П3) и штыкованием с постукиванием формы о жесткое основание (литая смесь марки П5). После формования поверхность укрывали полиэтиленовой пленкой и крышкой, материал которой (а при термостатировании бетона и материал теплоизоляции) соответствовал материалу (теплоизоляции) стенок формы-опалубки. Данные экспериментальных исследований кинетики твердения бетона по росту его прочности на сжатие (внутрисерийный коэффициент вариации Ут = 10 %), выраженной в процентах от принятого за 100 % уровня прочности бетона аналогичных составов без добавок в проектном возрасте (28 сут.) представлены в табл. 5, а тенденция роста прочности отражена графиками на рис. 2. Результаты с индексом «*» получены при твердении бетона в утепленных минеральной ватой (толщина ~60 мм) металлических и фанерных формах.

Из результатов экспериментов следует, что использование добавки УКД-1 обеспечивает стабильный рост прочности бетона в сравнении с равноподвижным бетоном без добавки (составы № 1 и 2; классы С12/15 и С25/30) при всех вариантах материала палубы опалубки (металл, деревянная доска, фанера), а также с утеплением (термоизоляцией) опалубки или без него для оцениваемого диапазона температуры окружающей среды 5-30 °С. ~ 18 °С — при ~ 18-22 °С, а также для ~ 25-30 °С.

Таблица 5

Кинетика роста прочности бетона Kinetics in growth of concrete strength

Температура среды Характеристика бетона Наличие и вид добавки Прочность бетона, % от /СТ28, в возрасте, сут.

твердения, °С Состав по табл. 2 Класс 1 2 3 4 7

1 2 3 4 5 6 7 8 9

А. Твердение в металлических формах*

1 С% — 10 19 27 36 44

2 С25/зо — 12 22 30 38 45

5 С% УКД-1 24 38 49 59 74

5-8** 6 С% УКД-1 25 37 50 60 72

7 С25/ С ’30 УКД-1 26 36 52 61 72

8 С25/ С ’30 УКД-1 25 37 52 62 74

7* С25/зо УКД-1 25 46 58 73 84

1 С% — 16 25 37 48 55

2 С25/30 — 17 27 38 51 57

5 С% УКД-1 29 44 59 70 75

12-15** 6 С% УКД-1 30 43 59 72 76

7 Г25/ С ’30 УКД-1 30 44 60 71 77

8 Г25/ С /30 УКД-1 28 45 59 72 75

7* С25/30 УКД-1 36 51 70 79 93

1 Г% — 22 40 50 60 70

2 С25/30 — 25 45 53 61 72

5 Г% УКД-1 34 62 76 83 93

18-22** 6 Г% УКД-1 33 62 75 83 90

7 Г /30 УКД-1 35 64 75 86 93

8 Г /30 УКД-1 36 65 76 85 91

7* С25/30 УКД-1 52 71 85 94 102

1 Г% — 30 50 72 80 86

2 С25/30 — 34 53 72 81 90

5 Г% УКД-1 52 76 85 95 102

25-30 6 Г% УКД-1 50 76 87 94 103

7 Г25/ Г /30 УКД-1 53 77 87 96 103

8 Г25/ Г /30 УКД-1 52 75 86 96 102

7* Г25/ Г /30 УКД-1 58 83 96 101 106

Наука

итехника. Т. 15, № 4 (2016)

Окончание табл. 5

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Б. Твердение в фанерных формах*

5-8 1 С% — 16 27 37 46 56

2 С25/30 — 17 28 38 51 58

5 С% УКД-1 29 44 59 70 75

6 С% УКД-1 30 44 60 71 76

7 С25/ С ’30 УКД-1 31 45 62 72 77

8 С25/30 УКД-1 28 45 61 72 75

5* С% УКД-1 38 52 69 77 92

7* С25/30 УКД-1 38 55 70 79 93

12-15 1 С% — 23 41 52 61 70

2 С25/30 — 24 43 53 62 72

5 С% УКД-1 34 68 76 84 92

6 С% УКД-1 33 62 75 83 90

7 г25/ С /30 УКД-1 35 63 75 86 93

8 С25/30 УКД-1 36 65 76 85 91

5* С% УКД-1 41 71 80 91 97

7* С25/30 УКД-1 42 70 82 93 99

18-22 1 С% — 32 50 71 82 87

2 С25/30 — 34 53 72 81 90

5 С% УКД-1 45 75 85 95 102

6 С% УКД-1 47 74 87 96 103

7 С /30 УКД-1 48 74 86 96 103

8 С25/30 УКД-1 47 73 86 95 102

5* С% УКД-1 52 81 93 99 101

7* С25/30 УКД-1 57 82 94 100 103

25-30 1 С% — 41 60 79 87 95

2 С25/30 — 42 63 80 90 96

5 С% УКД-1 53 82 95 100 105

6 С% УКД-1 51 80 96 100 104

7 С /30 УКД-1 54 82 96 101 106

8 С25/30 УКД-1 51 80 97 103 105

5* С% УКД-1 53 82 95 100 104

7* С25/30 УКД-1 56 86 99 103 106

* С утеплением. Для указанных диапазонов начальная температура бетонной смеси соответствовала этим значениям; для Гср ~ 25-30 оС температура смеси соответствовала ~20 оС.

Анализируя влияние консистенции (подвижности) бетонной смеси на темп твердения бетона, приготовленного из смесей различной подвижности, приходим к выводу, что в пределах выполненных экспериментов явно выраженная взаимосвязь этих факторов отсутствует. Например, при сравнении кинетики роста прочности бетона составов № 5 и 6, а также № 7 и 8 (табл. 2), которые характеризуются подвижностью смеси марок П3 и П5 соответственно, ста-

Наука

иТ ехника. Т. 15, № 4 (2016)

новится очевидным примерно равнозначный прирост прочности бетона при прочих равных условиях (температура среды, материал форм, степень теплоизолированности форм). Эти данные в некоторой мере противоречат известной из традиционной технологии бетона тенденции — снижения темпа роста его прочности с ростом подвижности смеси.

f о

Уст

110

ш %

28 ‘ 70 90

70 50 30 10

__—

_ _

W

Го 4

0

1

2

3

4

5

сут.

7

Рис. 2. Тенденция роста прочности бетона (класс С25/30)

с добавкой 1 % УКД-1 в металлических теплоизолированных формах; № 1-4 — для температуры среды Гнв = 5-8; 12-15; 18-22 и 25-30 °С соответственно

Fig. 2. Tendency in growth of concrete strength (dass С25/30) with 1 % UDK-1 additive in metallic heat-insulated blocks; Nos. 1-4 — for environment temperature fm = 5-8; 12-15; 18-22 and 25-30 оС respectively

Это можно объяснить следующим. В проведенных экспериментах сохранение практически постоянным темпа роста прочности бетона при увеличении пластичности смеси обусловлено тем, что повышение последней достигнуто за счет эффекта пластификации комплексной добавки при рациональной корректировке состава бетона. В результате более пластичная смесь (составы № 6 и 8) характеризуется величиной (В/Ц)бет и относительного водосодержания (Х) даже несколько ниже начальной (составы № 5 и 7), что и обеспечивает необходимые условия для сохранения кинетики роста прочности бетона на равнозначном уровне в сравнении с бетоном из смеси меньшей подвижности.

Влияние материала форм (опалубки) на кинетику роста прочности бетона непосредственно связано с их теплоизолирующими свойствами и влиянием на температурный режим его твердения, т. е. с обеспечением условий для аккумуляции теплоты экзотермии цемента и повышения температуры бетона в процессе твердения. Анализируемые результаты (табл. 4) получены для бетона на цементе II группы эф-

фективности при пропаривании, степень саморазогрева которого оценивается приростом температуры бетона с добавкой (от начальной температуры смеси) на ~15 °С при твердении в условиях «термоса».

Сравнительный анализ тенденций роста прочности бетона, отраженных графическими зависимостями на рис. 2, построенными по данным разделов А (металлические формы) и Б (формы из фанеры) табл. 5, при прочих равных условиях показывает следующую закономерность. Чем ниже температура среды твердения, тем более эффективно использование опалубки с меньшим коэффициентом теплопроводности, в частности с деревянной палубой, в сравнении с металлической либо металлической, но с утеплением. В металлической палубе минимален эффект накопления теплоты экзотермии цемента, так как ее коэффициент теплопередачи на ~40 % превышает таковой для фанерной палубы (табл. 5).

Вместе с тем с повышением температуры среды твердения до 25-30 °С кинетика роста прочности бетона и в металлических, и в фанерных формах без утепления в первые 24 ч начинает сближаться и через 48 ч становится почти равнозначной. Это связано с изменением условий теплообмена в системе форма — внешняя среда и со снижением потерь теплоты внешним контуром форм с ростом до ~30 °С. Данная тенденция в общих чертах сохраняется при использовании термоизолированных форм-опалубок; при этом — с большим эффектом от применения опалубки с «теплой» палубой из фанеры в сравнении с металлической палубой.

В целом эффективность опалубок по критерию влияния на темп роста прочности бетона, твердеющего в естественных условиях (беспро-гревная технология), связана обратной зависимостью со значением коэффициента их теплопередачи. По экспериментальным данным, в диапазоне температур среды твердения 5-30 °С они по этому показателю располагаются в ряд: утепленная опалубка с палубой из фанеры или дерева, утепленная металлическая, деревянная или из фанеры, металлическая, т. е. в соответствии с ростом Кт ~ 0,6-3,5 Вт/(м2-°С) для указанных разновидностей опалубки.

Оценивая эффективность применения термоизолированных опалубок для обеспечения беспрогревной технологии монолитного бетонирования по анализируемым экспериментальным данным, приходим к выводу, что в сочетании с использованием добавки УКД-1 они создают необходимые условия для обеспечения прочности бетона в 50 % от проектной за 48-60 ч твердения при температуре среды 5-8 °С, за 24-48 ч — при ^ ~ 12-15 °С, за 24 ч -при ~ 20-30 °С. Прочность бетона >70 % от проектной в аналогичных условиях обеспечивается за 3-4, 2-3, 2 сут. соответственно. Меньшие значения времени твердения относятся к опалубке с фанерной (деревянной) палубой (Кт ~ 0,6 Вт/(м2-°С) при скорости ветра 0. Приведенные значения прочности бетона обеспечивают бездефектную распалубку вертикальных и наклонных конструкций (>50 %), а также изгибаемых и с преднапряжением арматуры (>70 %). Из полученных экспериментальных данных можно сделать вывод, что утепленные опалубки рекомендуются к использованию и в летний период работ, так как обеспечивают наиболее благоприятный температурный режим твердения бетона за счет аккумуляции (накопления) теплоты экзотермии цемента в его объеме.

ВЫВОДЫ

1. Установлена рациональная дозировка в бетон добавки УКД-1, которая обеспечивает рост подвижности бетонной смеси от марки П1 до марки П4, а при снижении водосо-держания бетона и соблюдении условия рав-ноподвижности смеси (марка П1) рост его прочности в проектном возрасте до 25 %, составляющая ~1,0 % от массы цемента при рекомендуемых по действующим техническим условиям пределах дозирования этой добавки (0,5-1,5) % от МЦ.

2. Экспериментально установлено, что в нормальных условиях твердения прочность бетона с 1 % УКД-1 в сравнении с бетоном без добавок из равноподвижных смесей марки П1 составляет в 1-е сут. 45-50 % от проектной (~25 % без добавок), достигает 70-80 % через 2 сут. и >90 % — через 3 сут. (без добавок ~45 % и 55 % соответственно), чем обеспе-

Наука

итехника. Т. 15, № 4 (2016)

чиваются необходимые и достаточные предпосылки для реализации эффективной беспро-гревной технологии монолитного бетонирования и изготовления сборных изделий.

3. Экспериментально выявлены закономерности изменения температуры и прочности бетона с добавкой 1 % УКД-1 и без нее, твердеющего в условиях теплоизоляции (условиях «термоса») в течение 1-3 сут. (т. е. накапливая теплоту экзотермии вяжущего) при начальной температуре смеси 6, 13 и 20 °С и цементах I, II и III групп эффективности. Зафиксирован уровень саморазогрева бетона без добавок на 8-13 °С сверх начальной температуры смеси (большее значение для цемента I группы эффективности), а также с 1 % УКД-1 (на цементе I группы) — на 18-22 °С сверх начальной температуры

смеси (большее значение — для ¿б™ ~ 20 °С), что обеспечивает уровень температуры твердеющего бетона до 30-40 °С и высокий темп роста его прочности без дополнительного подвода теплоты от внешних источников.

4. Экспериментально исследована кинетика роста прочности бетонов (на примере классов С /15-С /40) при подвижности марок П3 и П5 на цементе II группы эффективности, т. е. наиболее широко применяемых в общестроительном производстве) в диапазоне температур бетонной смеси 5-20 °С и наружного воздуха 5-30 °С (соответствующем условиям ведения работ в весенне-летне-осенний период в Беларуси), при твердении образцов в различных видах форм (опалубки), характеризующихся разными коэффициентами теплопередачи: Кт ~ 0,6-3,5 Вт/(м2-°С), что соответствует применяемым в строительстве типажам опалубок. Определены режимы твердения бетона с добавкой УКД-1 без подвода теплоты от внешних источников (по беспрогревной технологии), обеспечивающие достижение прочности бетона в диапазоне 50-100 % от прочности проектного (28 сут.) возраста с учетом конкретных условий ведения работ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Батяновский, Э. И. Технологические особенности производства ЖБК с применением ускорителей твердения бетона / Э. И. Батяновский, Р. Ф. Осос // Проблемы технологии производства строительных материалов, изделий и конструкций, строительство зданий и со-

Наука

иТ ехника. Т. 15, № 4 (2016)

оружений: сб. ст.; под ред. Н. П. Блещика, Э. И. Батя-новского. Брест: БрПИ, 1998. Вып. 1. С. 22-25.

2. Парфенова, Л. М. Перспективы применения химических добавок в малоэнергоемких технологиях возведения бетонных и железобетонных конструкций / Л. М. Парфенова // Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров в Республике Беларусь: материалы VI Между-нар. науч.-техн. семинара, Минск, 17-20 окт. 2000 г.; под ред. Н. П. Блещика, А. А. Борисевича, Т. М. Пе-цольда. Минск: Технопринт, 2000. С. 84-88.

3. Батяновский, Э. И. Эффективность и проблемы энергосберегающих технологий цементного бетона / Э. И. Ба-тяновский, Е. И. Иванова, Р. Ф. Осос // Строительная наука и техника. 2006. № 3. С. 7-17.

4. Батяновский, Э. И. Влияние углеродных наноматериалов на свойства цемента / Э. И. Батяновский, П. В. Рябчиков, В. Д. Якимович // Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров Республики Беларусь: XVI Междунар. науч.-метод. семинар; под общ. ред. П. С. Пойты, В. В. Тура. Брест: БрГТУ, 2009. Ч. 2. С. 136.

5. Влияние углеродных наноматериалов на свойства цемента и цементного камня / Э. И. Батяновский [и др.] // Строительная наука и техника. 2010. № 1-2. С. 3-10.

6. Батяновский, Э. И. Особенности технологии высокопрочного бетона на отечественных материалах, включая наноуглеродные добавки / Э. И. Батяновский, В. Д. Якимович, П. В. Рябчиков // Проблемы современного бетона и железобетона: сб. материалов III Междунар. симпозиума. Минск: РУП «БелНИИС», 2011. Т. 2. С. 53-68.

7. Добавки для бетонов. Методы определения эффективности: ГОСТ 30459-96. Введ. 01.07.98. Минск: Минск-типпроект, 1998. 40 с.

8. Марцинкевич, В. Л. Энергосберегающие технологии производства бетона / В. Л. Марцинкевич, А. С. Ды-дышко. Минск, 2006. 283 с.

9. Применение добавок в бетоне: П1-99 к СНиП 3.09.01-85. Введ. 01.07.2000. Минск: Минстройархитектуры, 2000. 33 с.

10. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам: ГОСТ 10180-2012. Взамен ГОСТ 10180-90; введ. 01.07.2013. М.: Стандартинформ, 2013. 38 с.

11. Батяновский, Э. И. Особенности применения углеродных наноматериалов в конструкционно-теплоизоляционных пенобетонах / Э. И. Батяновский, Г. С. Галузо, М. М. Мордич // Наука — образованию, производству, экономике: сб. материалов Девятой Междунар. науч.-техн. конф. Минск: БНТУ, 2011. Т. 2. С. 272-273.

12. Запорожец, И. Д. Тепловыделение бетона / И. Д. Запорожец, С. Д. Окороков, А. А. Парийский. Л.: Строй-издат, 1966. 316 с.

13. Тейлор, К. Химия цемента / К. Тейлор; пер. с англ. М.: МИР, 1986. С. 174-276; 300-319; 418-429.

14. Протько, Н. С. Беспрогревная и малоэнергоемкая технология производства бетонных и железобетонных изделий с применением полиметаллического водного концентрата / Н. С. Протько. Минск: Белор. гос. политехи. академия, 2001. 20 с.

15. Бабицкий, В. В. Структура и коррозионная стойкость бетона и железобетона / В. В. Бабицкий. Минск, 2005. Г. 29-89; 167-178.

Поступила 14.03.2016 Подписана в печать 16.05.2016 Опубликована онлайн 28.07.2016

REFERENCES

1. Batyanovsky E. I., Osos R. F. (1998) Technological Peculiarities in Production of Reinforced Concrete Structures While Applying Concrete Rapid Hardener. Problemy Tekhnologii Proizvodstva Stroitelnykh Materialov, Izdelii i Konstruktsii, Stroitelstvo Zdanii i Sooruzhenii. Sbornik Statei [Problems in Technology of Production of Construction Materials, Products and Structures. Collection оf Papers]. Brest: Brest Polytechnical Institute, 1, 22-25 (in Russian).

2. Parfionova L. M. (2000) Prospects for Application оf Chemical Admixtures in Low-Energy Consuming Technologies for Concrete and Reinforced Concrete Structural Construction Perspektivy Razvitiia Novykh Tekhnologii v Stroitelstve i Podgotovke Inzhenernykh Kadrov v Respu-blike Belarus. Materialy VI Mezhdunar. Nauch.-Tekhn. Seminara [Prospects for Development of New Technologies in Construction and Training of Engineering Personnel in the Republic of Belarus. Proceedings of 6th International Scientific and Technical Workshop]. Minsk, Tekh-noprint, 84-88 (in Russian).

3. Batyanovsky E. I., Ivanova E. I., Osos R. F. (2006) Efficiency and Problems of Energy-Saving Technologies for Cement Concrete. Stroitelnaya Nauka i Tekhnika [Construction Science and Technology], (3), 7-17 (in Russian).

4. Batyanovsky E. I., Ryabchikov P. V., Yakimovich V. D. (2009) Influence of Carbonic Nano-Materials on Cement Properties. Perspektivy Razvitiia Novykh Tekhnologii v Stroitelstve i Podgotovke Inzhenernykh kadrov Respubliki Belarus: XVIMezhdunar. Nauch.-Metod. Seminar. Chast 2 [Prospects for the Development of New Technologies in the Construction and Preparation of the Engineering Staff of the Republic of Belarus. 16th International Scientific and Methodological Workshop. Part 2]. Brest: Brest State Technical University, 136 (in Russian).

5. Batyanovsky E. I., Krauklis A. V., Samtsov P. P., Riab-chikov P. V. (2010) Influence of Carbonic Nano-Mate-rials on Cement Properties and Cement Paste. Stroitelnaya Nauka i Tekhnika [Construction Science and Technology], (1-2), 3-10.

6. Batyanovsky E. I., Yakimovich V. D., Ryabchikov P. V. (2011) Peculiarities in Technology of High-Strength Concrete on Local Materials Including Nanj-Carbonic Additives. Problemy Sovremennogo Betona i Zhelezobetona. Sb. mater. III Mezhdunar. Simpoziuma. T. 2 [Problems of Modern Concrete and Reinforced Concrete. Information Package of 3rd International Symposium. Vol. 2.] Minsk, BelNIIS, 53-68 (in Russian).

7. State Standard 30459-96. Concrete Additives. Methods for Efficiency Determination. Minsk, Minsktipproekt, 1998. 40 (in Russian).

8. Martsinkevich V. L., Dydyshko A. S. (2006) Energy-Saving Technologies for Concrete Production. Minsk. 283 (in Russian).

9. ni-99 for SNiP 3.09.01-85. Application of Additives for Concrete. Minsk, Minstroyarkhitektura, 2000. 33 (in Russian).

10. State Standard 10180-2012. Concrete. Methods for Determination of Strength in Accordance with Control Specimen. Moscow, Standartinform, 2013. 38 (in Russian).

11. Batyanovsky E. I., Galuzo G. S., Mordich M. M. (2011) Peculiarities in Application of Carbonic Nano-Materials in Structural and Insulation Foamed Concrete. Nauka -Obrazovaniiu, Proizvodstvu, Ekonomike. Materialy De-viatoi Mezhdunarodnoi Nauchno-Tekhnicheskoi Konfe-rentsii. T. 2 [Science to Education, Industry, Economics. Proceedings of 9th International Science and Technical Conference. Vol. 2]. Minsk: BNTU, 272-273 (in Russian).

12. Zaporozhets I. D., Okorokov S. D., Pariysky A. A. (1966) Heat Liberation of Concrete. Leningrad, Stroyizdat. 316 (in Russian).

13. Taylor H. (1990) Cement Chemistry. 2nd ed. London, Academic Press. 491 (Russ. ed.: Teilor K. (1986) Khimiia Tsementa. Moscow, Mir, 174-276; 300-319; 418-429).

14. Protko N. S. (2001) Non-Heating and Low Energy-Consuming Technology for Production of Concrete and Reinforced Concrete Products with Application of Polymetal-lic Water Concentrate. Minsk: Belarusian State Polytechnical Academy. 20 (in Russian).

15. Babitsky V. V. (2005) Structure and Corrosion Resistance of Concrete and Reinforced Concrete. Minsk, 29-89; 167-178 (in Russian).

Received: 14.03.2016 Accepted: 16.05.2016 Published online: 28.07.2016

Наука

итехника. Т. 15, № 4 (2016)

Свойства бетона при повышенных температурах

Огнестойкость бетонных конструктивных элементов зависит от тепловых, механических и деформационных свойств бетона. Эти свойства существенно зависят от температуры, а также от состава и характеристик бетонной смеси, а также от скорости нагрева и других условий окружающей среды. В этой главе описаны основные характеристики бетона. Обсуждаются различные свойства, которые влияют на характеристики огнестойкости, а также роль этих свойств в огнестойкости.Представлено изменение термических, механических, деформационных и откольных свойств в зависимости от температуры для различных типов бетона.

1. Введение

Бетон широко используется в качестве основного конструкционного материала в строительстве благодаря многочисленным преимуществам, таким как прочность, долговечность, простота изготовления и негорючие свойства, которыми он обладает по сравнению с другими строительными материалами. Бетонные конструктивные элементы при использовании в зданиях должны удовлетворять соответствующим требованиям пожарной безопасности, указанным в строительных нормах [1–4].Это связано с тем, что пожар представляет собой одно из самых тяжелых условий окружающей среды, которым могут подвергаться конструкции; поэтому обеспечение соответствующих мер противопожарной безопасности для элементов конструкции является важным аспектом проектирования здания.

Меры пожарной безопасности конструктивных элементов измеряются с точки зрения огнестойкости, которая представляет собой продолжительность, в течение которой конструктивный элемент проявляет сопротивление в отношении структурной целостности, стабильности и передачи температуры [5, 6]. Бетон обычно обеспечивает лучшую огнестойкость из всех строительных материалов [7].Эта превосходная огнестойкость обусловлена ​​материалами, составляющими бетон (например, цемент и заполнители), которые при химическом соединении образуют материал, который по существу инертен и имеет низкую теплопроводность, высокую теплоемкость и более медленное ухудшение прочности с температурой. Именно эта низкая скорость теплопередачи и потери прочности позволяют бетону действовать как эффективный противопожарный щит не только между соседними помещениями, но и защищать себя от повреждений при пожаре.

Поведение бетонного конструктивного элемента, подверженного воздействию огня, частично зависит от термических, механических и деформационных свойств бетона, из которого он состоит.Подобно другим материалам, теплофизические, механические и деформационные свойства бетона существенно изменяются в диапазоне температур, связанных с пожарами в зданиях. Эти свойства меняются в зависимости от температуры и зависят от состава и характеристик бетона. Прочность бетона существенно влияет на его свойства как при комнатной, так и при высоких температурах. Свойства высокопрочного бетона (HSC) изменяются в зависимости от температуры иначе, чем свойства бетона нормальной прочности (NSC).Это изменение более выражено для механических свойств, на которые влияют прочность, влажность, плотность, скорость нагрева, количество микрокремнезема и пористость.

На практике огнестойкость конструктивных элементов оценивалась в основном с помощью стандартных огнестойких испытаний [8]. Однако в последние годы использование численных методов для расчета огнестойкости конструктивных элементов получает все большее распространение, поскольку эти методы расчета гораздо менее затратны и требуют много времени [9].Когда элемент конструкции подвергается определенному температурно-временному воздействию во время пожара, это воздействие вызовет предсказуемое распределение температуры в элементе. Повышенные температуры вызывают деформации и изменения свойств материалов, из которых изготовлен элемент конструкции. Зная о деформациях и изменениях свойств, обычные методы строительной механики могут применяться для прогнозирования характеристик огнестойкости конструктивного элемента. Наличие свойств материала при повышенной температуре позволяет использовать математический подход для прогнозирования огнестойкости элементов конструкции [10, 11].

Очевидно, общая информация о свойствах бетона при комнатной температуре редко применима для расчета огнестойкости [12]. Поэтому крайне важно, чтобы специалист по пожарной безопасности знал, как расширить, исходя из априорных соображений, полезность скудных данных о свойствах, которые могут быть собраны из технической литературы. Кроме того, знание уникальных характеристик, таких как растрескивание бетона в результате пожара, имеет решающее значение для определения огнестойкости бетонных элементов конструкции.

2. Свойства, влияющие на огнестойкость

2.1. Общие

На огнестойкость железобетонных (ЖБИ) элементов влияют характеристики составляющих материалов, а именно, бетона и арматурной стали. К ним относятся (а) термические свойства, (б) механические свойства, (в) деформационные свойства и (г) специфические характеристики материала, такие как растрескивание бетона. Тепловые свойства определяют степень теплопередачи к элементу конструкции, тогда как механические свойства составляющих материалов определяют степень потери прочности и ухудшения жесткости элемента.Деформационные свойства в сочетании с механическими свойствами определяют степень деформаций и деформаций в элементе конструкции. Кроме того, растрескивание бетона в результате пожара может сыграть значительную роль в пожарных характеристиках элементов RC [13]. Все эти свойства меняются в зависимости от температуры и зависят от состава и характеристик бетона, а также арматурной стали [12]. Изменение свойств бетона, вызванное температурой, намного сложнее, чем изменение свойств арматурной стали, из-за миграции влаги, а также значительного различия ингредиентов в различных типах бетона.Таким образом, основное внимание в этой главе уделяется влиянию температуры на свойства бетона. Влияние температуры на свойства стальной арматуры можно найти в других работах [4, 12].

Бетон доступен в различных формах, и его часто группируют по разным категориям в зависимости от веса (как обычный и легкий бетон), прочности (как бетон нормальной прочности, высокопрочного и сверхвысокопрочного бетона), наличия волокон (как простой бетон). и бетон, армированный фиброй), и эксплуатационные характеристики (как обычный бетон, так и бетон с высокими эксплуатационными характеристиками).Специалисты по пожарной безопасности также подразделяют бетон с нормальным весом на силикатный (кремнистый) и карбонатный (известняковый) бетон, в зависимости от состава основного заполнителя. Кроме того, когда небольшое количество прерывистых волокон (стальных или полипропиленовых) добавляется к бетонной смеси для улучшения характеристик, этот бетон называют фибробетоном (FRC). В этом разделе в основном обсуждаются различные свойства обычного бетона. Подчеркивается влияние прочности, веса и волокон на свойства бетона при повышенных температурах.

Традиционно прочность на сжатие бетона составляла от 20 до 50 МПа, который классифицируется как бетон нормальной прочности (НБК). В последние годы стал широко доступен бетон с прочностью на сжатие в диапазоне от 50 до 120 МПа, который называют высокопрочным бетоном (HSC). Когда прочность на сжатие превышает 120 МПа, его часто называют бетоном со сверхвысокими характеристиками (UHP). Прочность бетона ухудшается с температурой, и на скорость ухудшения прочности сильно влияет прочность бетона на сжатие.

2.2. Термические свойства

Термическими свойствами, которые влияют на повышение и распределение температуры в бетонном элементе конструкции, являются теплопроводность, удельная теплоемкость, температуропроводность и потеря массы.

Теплопроводность — это свойство материала проводить тепло. Бетон содержит влагу в различных формах, и тип и количество влаги оказывают значительное влияние на теплопроводность. Теплопроводность обычно измеряется с помощью методов испытаний в «установившемся режиме» или «в переходных режимах» [14].Переходные методы предпочтительнее для измерения теплопроводности влажного бетона, чем стационарные методы [15–17], поскольку физико-химические изменения бетона при более высоких температурах вызывают прерывистое направление теплового потока. В среднем теплопроводность обычного бетона нормальной прочности при комнатной температуре составляет от 1,4 до 3,6 Вт / м- ° C [18].

Удельная теплоемкость — это количество тепла на единицу массы, необходимое для изменения температуры материала на один градус, и часто выражается в терминах тепловой (теплоемкости), которая является произведением удельной теплоемкости и плотности.На удельную теплоемкость сильно влияют влажность, тип заполнителя и плотность бетона [19–21]. До 1980-х годов изменение удельной теплоемкости в зависимости от температуры определялось с помощью адиабатической калориметрии. С 80-х годов прошлого века дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) была наиболее часто используемым методом для построения графика кривой за один проход по температуре при желаемой скорости нагрева [22, 23]. К сожалению, точность метода DSC в определении вклада явной теплоты в кажущуюся удельную теплоемкость может быть не очень хорошей (иногда она может составлять всего ± 20 процентов).Скорость повышения температуры в тестах DSC обычно составляет 5 ° C · мин ^-1 . При более высоких скоростях нагрева пики на кривых ДСК имеют тенденцию смещаться в сторону более высоких температур и становиться более резкими. Для температур выше 600 ° C также используется высокотемпературный дифференциальный термический анализатор (DTA) для оценки удельной теплоемкости.

Температуропроводность материала определяется как отношение теплопроводности к объемной удельной теплоемкости материала [24]. Он измеряет скорость передачи тепла от открытой поверхности материала к внутренним слоям.Чем больше коэффициент диффузии, тем быстрее поднимается температура на определенной глубине в материале [12]. Подобно теплопроводности и удельной теплоемкости, коэффициент температуропроводности изменяется с повышением температуры в материале. Температуропроводность,, может быть рассчитана с использованием соотношения

где — теплопроводность, — плотность, — удельная теплоемкость материала.

Плотность в высушенном в печи состоянии — это масса единицы объема материала, состоящей из самого твердого вещества и пор, заполненных воздухом.При повышении температуры такие материалы, как бетон, которые имеют большое количество влаги, будут испытывать потерю массы в результате испарения влаги из-за химических реакций. Предполагая, что материал изотропен в отношении его дилатометрического поведения, его плотность (или масса) при любой температуре можно рассчитать по термогравиметрическим и дилатометрическим кривым [24].

2.3. Механические свойства

К механическим свойствам, определяющим огнестойкость элементов RC, относятся прочность на сжатие и растяжение, модуль упругости и реакция на напряжение и деформацию составляющих материалов при повышенных температурах.

Прочность бетона на сжатие при повышенной температуре имеет первостепенное значение для расчета огнестойкости. Прочность бетона на сжатие при температуре окружающей среды зависит от водоцементного отношения, переходной зоны раздела заполнитель-паста, условий твердения, типа и размера заполнителя, типов добавок и типа напряжения [25]. При высокой температуре на прочность на сжатие сильно влияют прочность при комнатной температуре, скорость нагрева и связующие вещества в замесе (например, микрокремнезем, летучая зола и шлак).В отличие от тепловых свойств при высокой температуре, механические свойства бетона хорошо изучены. Снижение прочности в HSC не является постоянным, и, как сообщают различные авторы, наблюдаются значительные различия в потере прочности.

Прочность бетона на растяжение намного ниже прочности на сжатие из-за легкости, с которой трещины могут распространяться под действием растягивающих нагрузок [26]. Бетон является слабым при растяжении, и для NSC предел прочности на разрыв составляет только 10% от его прочности на сжатие, а для HSC коэффициент прочности на растяжение еще больше снижается.Таким образом, предел прочности бетона при растяжении часто не учитывается при расчетах прочности при комнатной и повышенных температурах. Однако это важное свойство, потому что трещины в бетоне обычно возникают из-за растягивающих напряжений, а структурное повреждение элемента при растяжении часто возникает из-за развития микротрещин [26]. В условиях пожара прочность бетона на растяжение может быть еще более важной в случаях, когда в бетонном элементе конструкции происходит выкрашивание из-за пожара [27]. Прочность бетона на растяжение зависит почти от тех же факторов, что и прочность бетона на сжатие [28, 29].

Еще одно свойство, влияющее на огнестойкость, — это модуль упругости бетона, который уменьшается с температурой. При высокой температуре разрушение гидратированных цементных продуктов и разрыв связей в микроструктуре цементного теста снижает модуль упругости, и степень снижения зависит от потери влаги, ползучести при высокой температуре и типа заполнителя.

2.4. Деформационные свойства

Деформационные свойства, определяющие огнестойкость железобетонных элементов, включают тепловое расширение и ползучесть бетона и арматуры при повышенных температурах.Кроме того, переходная деформация, возникающая при повышенных температурах в бетоне, может усилить деформации в подверженных огню бетонных конструктивных элементах.

Термическое расширение характеризует расширение (или усадку) материала, вызванное нагревом, и определяется как расширение (усадка) единицы длины материала при повышении температуры бетона на один градус. Коэффициент теплового расширения определяется как процентное изменение длины образца на градус повышения температуры.Расширение считается положительным, когда материал удлиняется, и отрицательным (усадкой), когда он укорачивается. Как правило, тепловое расширение материала зависит от температуры и оценивается с помощью дилатометрической кривой, которая является записью частичного изменения линейного размера твердого тела при постоянно увеличивающейся или понижающейся температуре [24]. Тепловое расширение является важным свойством для прогнозирования тепловых напряжений, возникающих в элементе конструкции в условиях пожара.На тепловое расширение бетона обычно влияют тип цемента, содержание воды, тип заполнителя, температура и возраст [15, 30].

Ползучесть, часто называемая деформацией ползучести, определяется как пластическая деформация материала, зависящая от времени. При нормальных напряжениях и температурах окружающей среды деформации из-за ползучести незначительны. Однако при более высоких уровнях напряжения и повышенных температурах скорость деформации, вызванной ползучестью, может быть значительной. Следовательно, основными факторами, влияющими на ползучесть, являются температура, уровень напряжений и их продолжительность [31].Ползучесть бетона обусловлена ​​наличием воды в его микроструктуре [32]. Удовлетворительного объяснения ползучести бетона при повышенных температурах нет.

Переходная деформация возникает при первом нагреве бетона и не зависит от времени. Это в основном вызвано термической несовместимостью заполнителя и цементного теста [6]. Переходная деформация бетона, аналогичная деформации при высокотемпературной ползучести, представляет собой сложное явление, на которое влияют такие факторы, как температура, прочность, влажность, нагрузка и пропорции смеси.

2.5. Выкрашивание

Помимо термических, механических и деформационных свойств, еще одним свойством, которое оказывает значительное влияние на огнестойкость бетонного конструктивного элемента, является растрескивание [33]. Это свойство уникально для бетона и может быть определяющим фактором при определении огнестойкости структурного элемента RC [34]. Отслаивание определяется как разрыв слоев (кусков) бетона с поверхности бетонного элемента, когда он подвергается воздействию высоких и быстро растущих температур, например, при пожарах.Отслаивание может произойти вскоре после воздействия быстрого нагрева и может сопровождаться сильными взрывами или может произойти на более поздних стадиях пожара, когда бетон стал настолько слабым после нагрева, что при образовании трещин куски бетона отваливаются от поверхности конкретный член. Последствия ограничены до тех пор, пока степень повреждения невелика, но обширное выкрашивание может привести к ранней потере стабильности и целостности. Кроме того, при растрескивании более глубокие слои бетона подвергаются воздействию высоких температур, что увеличивает скорость передачи тепла внутренним слоям элемента, включая арматуру.Когда арматура подвергается прямому воздействию огня, температура в арматуре повышается с очень высокой скоростью, что приводит к более быстрому снижению прочности (емкости) элемента конструкции. Потеря прочности арматуры в сочетании с потерей бетона из-за растрескивания значительно снижает огнестойкость конструктивного элемента [35, 36].

В то время как растрескивание может происходить во всех типах бетона, HSC более подвержен растрескиванию, вызванному огнем, чем NSC, из-за его низкой проницаемости и более низкого водоцементного отношения по сравнению с NSC.Вызванное огнем растрескивание также зависит от ряда факторов, включая проницаемость бетона, тип воздействия огня и прочность бетона на растяжение [34, 37–40]. Таким образом, информация о проницаемости и прочности бетона на разрыв, которые меняются в зависимости от температуры, имеет решающее значение для прогнозирования выкрашивания бетонных элементов в результате пожара.

3. Термические свойства бетона при повышенных температурах

Термическими свойствами, которые определяют зависящие от температуры свойства бетонных конструкций, являются теплопроводность, удельная теплоемкость (или теплоемкость) и потеря массы.На эти свойства существенно влияют тип заполнителя, влажность и состав бетонной смеси. Существует множество программ испытаний для определения термических свойств бетона при повышенных температурах [16, 41–44]. Подробный обзор влияния температуры на термические свойства различных типов бетона дан Khaliq [45], Kodur et al. [46] и Флинн [47].

3.1. Теплопроводность

Теплопроводность бетона при комнатной температуре находится в пределах 1.4 и 3,6 Вт / м ° К и зависит от температуры [18]. На рисунке 1 показано изменение теплопроводности НБК в зависимости от температуры на основе опубликованных данных испытаний и эмпирических зависимостей. Данные испытаний собраны Халиком [45] из разных источников на основе экспериментальных данных [16, 20, 21, 24, 44, 48] и эмпирических соотношений в различных стандартах [4, 15]. Вариации измеренных данных испытаний показаны заштрихованной областью на рисунке 1, и это изменение в отчетных данных по теплопроводности в основном связано с содержанием влаги, типом заполнителя, условиями испытаний и методами измерения, используемыми в экспериментах [15, 18–20 , 41].Следует отметить, что существует очень мало стандартизованных методов измерения тепловых свойств. На рисунке 1 также показаны верхняя и нижняя границы значений теплопроводности в соответствии с положениями EC2, и этот диапазон относится ко всем типам заполнителей. Тем не менее, теплопроводность, показанная на рисунке 1, согласно соотношениям ASCE, применима для бетона с карбонатными заполнителями.

Общая теплопроводность постепенно уменьшается с температурой, и это уменьшение зависит от свойств бетонной смеси, в частности, от влажности и проницаемости.Эта тенденция к снижению теплопроводности может быть объяснена изменением содержания влаги с повышением температуры [18].

Теплопроводность HSC выше, чем у NSC из-за низкого соотношения w / c и использования различных связующих в HSC [49]. Обычно теплопроводность HSC находится в диапазоне от 2,4 до 3,6 Вт / м · К при комнатной температуре. Теплопроводность бетона, армированного фиброй (как стальным, так и полипропиленовым волокном), почти соответствует той же тенденции, что и у обычного бетона, и ближе к таковой у HSC.Таким образом, делается вывод об отсутствии значительного влияния волокон на теплопроводность бетона в диапазоне температур 20–800 ° C [27].

3.2. Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость бетона при комнатной температуре варьируется в диапазоне от 840 Дж / кг · К до 1800 Дж / кг · К для различных типов заполнителей. Часто удельная теплоемкость выражается в терминах теплоемкости, которая является произведением удельной теплоемкости и плотности бетона. Удельная теплоемкость чувствительна к различным физическим и химическим превращениям, происходящим в бетоне при повышенных температурах.Это включает испарение свободной воды при температуре около 100 ° C, диссоциацию Ca (OH) ₂ на CaO и H ₂ O между 400–500 ° C и кварцевое преобразование некоторых агрегатов при температуре выше 600 ° C [ 24]. Таким образом, удельная теплоемкость сильно зависит от содержания влаги и значительно увеличивается с увеличением отношения воды к цементу.

Халик и Кодур [27] собрали результаты измерений удельной теплоемкости различных бетонов из различных исследований [16, 20, 24, 41, 44, 48]. На рисунке 2 показано изменение удельной теплоемкости НБК в зависимости от температуры, о чем сообщалось в различных исследованиях, основанных на данных испытаний и различных стандартах.Удельная теплоемкость бетона остается почти постоянной до 400 ° C, затем увеличивается примерно до 700 ° C, а затем остается постоянной в диапазоне от 700 до 800 ° C. Из различных факторов тип заполнителя оказывает значительное влияние на удельную теплоемкость (теплоемкость) бетона. Этот эффект отражен в соотношениях ASCE для удельной теплоемкости бетона [15]. Бетон из карбонатного заполнителя имеет более высокую удельную теплоемкость (теплоемкость) в диапазоне температур 600–800 ° C, и это вызвано эндотермической реакцией, которая возникает в результате разложения доломита и поглощает большое количество энергии [12].Эта высокая теплоемкость в бетоне с карбонатным заполнителем помогает свести к минимуму растрескивание и повысить огнестойкость элементов конструкции.

По сравнению с NSC, HSC демонстрирует несколько меньшую удельную теплоемкость в диапазоне температур 20–800 ° C [41]. Наличие волокон также оказывает незначительное влияние на удельную теплоемкость бетона. Для бетона с полипропиленовыми волокнами при сжигании полипропиленовых волокон образуются микроканалы для выпуска пара; и, следовательно, количество поглощенного тепла меньше при обезвоживании химически связанной воды; таким образом, его удельная теплоемкость снижается в диапазоне температур 600–800 ° C.Однако бетон со стальной фиброй показывает более высокую удельную теплоемкость в диапазоне температур 400–800 ° C, что может быть связано с дополнительным теплом, поглощаемым при обезвоживании химически связанной воды.

3.3. Потеря массы

В зависимости от плотности бетон обычно подразделяют на две основные группы: (1) бетон с нормальным весом с плотностью от 2150 до 2450 кг · м ^–3 ; и (2) легкие бетоны плотностью от 1350 до 1850 кг · м ⁻³ . Плотность или масса бетона уменьшается с повышением температуры из-за потери влаги.На удержание массы бетона при повышенных температурах сильно влияет тип заполнителя [21, 44].

На рис. 3 показано изменение массы бетона в зависимости от температуры для бетонов, изготовленных из карбонатных и кремнистых заполнителей. Потеря массы минимальна как для карбонатных, так и для кремнистых заполнителей до температуры около 600 ° C. Однако тип заполнителя оказывает значительное влияние на потерю массы бетона при температуре выше 600 ° C. В случае бетона из кремнистого заполнителя потеря массы незначительна даже при температуре выше 600 ° C.Однако при температуре выше 600 ° C бетон с карбонатным заполнителем испытывает больший процент потери массы по сравнению с бетоном с кремнистым заполнителем. Этот более высокий процент потери массы в бетоне с карбонатным заполнителем объясняется диссоциацией доломита в карбонатном заполнителе при температуре около 600 ° C [12].

Прочность бетона не оказывает значительного влияния на потерю массы, и, следовательно, HSC демонстрирует ту же тенденцию потери массы, что и NSC. Потеря массы для бетона, армированного фиброй, такая же, как и для обычного бетона при температуре примерно до 800 ° C.При температуре выше 800 ° C потеря массы HSC, армированного стальным волокном, немного ниже, чем у простого HSC.

4. Механические свойства бетона при повышенных температурах

Механические свойства, которые имеют первостепенное значение при расчете огнестойкости, включают прочность на сжатие, прочность на растяжение, модуль упругости и реакцию на напряжение-деформацию при сжатии. Механические свойства бетона при повышенных температурах широко изучены в литературе по сравнению с термическими свойствами [12, 39, 50–52].Испытания механических свойств при высоких температурах обычно проводятся на образцах бетона, которые обычно представляют собой цилиндры или кубы разных размеров. В отличие от измерений свойств при комнатной температуре, когда размеры образцов указаны в соответствии со стандартами, высокотемпературные механические свойства обычно проводятся на широком диапазоне размеров образцов из-за отсутствия стандартизированных спецификаций испытаний для проведения испытаний механических свойств при высоких температурах [53, 54].

4.1. Прочность на сжатие

На рисунках 4 и 5 показано изменение соотношения прочности на сжатие для NSC и HSC при повышенных температурах, соответственно, с верхней и нижней границами (заштрихованной области), показывающими изменение диапазона представленных данных испытаний.На этих рисунках также показано изменение прочности на сжатие, полученное с использованием Еврокода [4], ASCE [15] и Kodur et al. [46] отношения; На рис. 4 показано большое, но равномерное изменение скомпилированных данных испытаний для НБК в диапазоне температур 20–800 ° C. Однако на Рисунке 5 показано большее изменение прочности на сжатие HSC при температуре в диапазоне от 200 ° C до 500 ° C и меньшее отклонение выше 500 ° C. Это в основном связано с тем, что для HSC при температурах выше 500 ° C было зарегистрировано меньшее количество точек данных испытаний, либо из-за возникновения растрескивания в бетоне, либо из-за ограничений в испытательной аппаратуре.Однако более широкий разброс наблюдается для NSC в этом диапазоне температур (выше 500 ° C) по сравнению с HSC, как показано на рисунках 4 и 5. Это в основном из-за большего количества точек данных испытаний, указанных для NSC в литературе и также из-за меньшей склонности НБК к растрескиванию под огнем. В целом разброс механических свойств бетона при сжатии при высоких температурах довольно велик. Эти отклонения от различных испытаний могут быть объяснены использованием различных скоростей нагрева или нагружения, размера образца и отверждения, условий при испытании (содержание влаги и возраст образца) и использования добавок.

В случае НБК прочность бетона на сжатие незначительно зависит от температуры до 400 ° C. NSC обычно очень проницаемы и позволяют легко рассеивать поровое давление за счет водяного пара. С другой стороны, использование различных связующих в HSC дает превосходную и плотную микроструктуру с меньшим количеством гидроксида кальция, что обеспечивает положительный эффект на прочность на сжатие при комнатной температуре [55]. Такие связующие, как использование шлака и микрокремнезема, дают наилучшие результаты по повышению прочности на сжатие при комнатной температуре, что объясняется плотной микроструктурой.Однако, как упоминалось ранее, компактная микроструктура очень непроницаема и при высоких температурах становится вредной, поскольку не позволяет влаге уходить, что приводит к нарастанию порового давления и быстрому развитию микротрещин в HSC, что приводит к более быстрому ухудшению прочности и возникновению. выкрашивания [27, 56, 57]. Наличие в бетоне стальной фибры помогает замедлить потерю прочности при повышенных температурах [44, 58].

Среди факторов, которые напрямую влияют на прочность на сжатие при повышенных температурах, — начальное отверждение, содержание влаги во время испытаний, а также добавление примесей и микрокремнезема в бетонную смесь [59–63].Эти факторы не рассматриваются в литературе, и отсутствуют данные испытаний, которые показывают влияние этих факторов на высокотемпературные механические свойства бетона.

Другой основной причиной значительного разброса характеристик прочности бетона при высоких температурах является использование различных условий испытаний (таких как скорость нагрева и скорость деформации) и процедур испытаний (испытание на прочность в горячем состоянии и испытание на остаточную прочность) из-за отсутствия стандартизированных методов испытаний для проведения испытаний свойств [46].

4.2. Прочность на растяжение

Прочность бетона на растяжение намного ниже, чем прочность на сжатие, и поэтому предел прочности бетона на растяжение часто не учитывается при расчетах прочности при комнатной и повышенных температурах. Однако с точки зрения огнестойкости это важное свойство, потому что растрескивание бетона обычно происходит из-за растягивающих напряжений, а структурное повреждение элемента при растяжении часто возникает из-за развития микротрещин [26]. В условиях пожара прочность бетона на растяжение может быть еще более важной в случаях, когда в бетонном элементе происходит выкрашивание из-за пожара [27].Таким образом, информация о прочности на разрыв HSC, которая изменяется в зависимости от температуры, имеет решающее значение для прогнозирования вызванного огнем растрескивания в элементах HSC.

На рисунке 6 показано изменение отношения прочности на разрыв NSC и HSC в зависимости от температуры, как сообщалось в предыдущих исследованиях и положениях Еврокода [4, 64–66]. Отношение прочности на разрыв при данной температуре к прочности на разрыв при комнатной температуре показано на рисунке 6. Заштрихованный участок на этом графике показывает диапазон изменения прочности на разрыв при расщеплении, полученный различными исследователями для NSC с обычными заполнителями.Снижение предела прочности НБК с температурой может быть объяснено слабой микроструктурой НБК, позволяющей образовывать микротрещины. При температуре 300 ° C бетон теряет около 20% своей начальной прочности на разрыв. Выше 300 ° C прочность на разрыв НБК снижается быстрыми темпами из-за более выраженного термического повреждения в виде микротрещин и достигает примерно 20% от его начальной прочности при 600 ° C.

HSC испытывает быструю потерю прочности на разрыв при более высоких температурах из-за развития порового давления в плотных микроструктурированных HSC [55].Добавление стальной фибры в бетон увеличивает его прочность на разрыв, и это увеличение может быть на 50% выше при комнатной температуре [67, 68]. Кроме того, прочность на разрыв стального фибробетона снижается медленнее, чем у простого бетона, в диапазоне температур 20–800 ° C [69]. Эта повышенная прочность на растяжение может замедлить распространение трещин в конструкционных элементах из стального фибробетона и очень полезна, когда элемент подвергается изгибающим напряжениям.

4.3. Модуль упругости

Модуль упругости () различных бетонов при комнатной температуре варьируется в широком диапазоне, от 5,0 × 10 ³ до 35,0 × 10 ³ МПа и зависит в основном от водоцементного отношения в смеси. , возраст бетона, метод кондиционирования, а также количество и характер заполнителей. Модуль упругости быстро уменьшается с повышением температуры, и частичное снижение существенно не зависит от типа заполнителя [70].Однако из других исследований [38, 71] выясняется, что модуль упругости бетонов с нормальным весом уменьшается с повышением температуры более быстрыми темпами, чем модуль упругости легких бетонов.

На рисунке 7 показано изменение отношения модуля упругости при заданной температуре к модулю упругости при комнатной температуре для NSC и HSC [4, 19, 72]. Из рисунка видно, что тенденция потери модуля упругости обоих бетонов с температурой аналогична, но есть значительные различия в представленных данных испытаний.Модуль разрушения как в NSC, так и в HSC можно отнести к чрезмерным термическим напряжениям и физическим и химическим изменениям в микроструктуре бетона.

4.4. Реакция на напряжение-деформацию

Механический отклик бетона обычно выражается в виде соотношений напряжение-деформация, которые часто используются в качестве исходных данных в математических моделях для оценки огнестойкости бетонных конструктивных элементов. Как правило, из-за снижения прочности на сжатие и увеличения пластичности бетона наклон кривой напряжения-деформации уменьшается с повышением температуры.Прочность бетона оказывает значительное влияние на деформационную реакцию как при комнатной, так и при повышенных температурах.

Рисунки 8 и 9 иллюстрируют стресс-деформационную реакцию NSC и HSC, соответственно, при различных температурах [72, 73]. При всех температурах и NSC, и HSC демонстрируют линейный отклик, за которым следует параболический отклик до пикового напряжения, а затем быстрый нисходящий участок до отказа. В целом установлено, что HSC имеет более крутые и линейные кривые деформации по сравнению с NSC при 20–800 ° C.Температура оказывает значительное влияние на реакцию напряжение-деформацию как NSC, так и HSC, как и скорость повышения температуры. Напряжение, соответствующее пиковому напряжению, начинает увеличиваться, особенно при температуре выше 500 ° C. Это увеличение является значительным, и деформация при пиковом напряжении может в четыре раза превышать деформацию при комнатной температуре. Образцы HSC демонстрируют хрупкую реакцию, о чем свидетельствует постпиковое поведение кривых напряжения-деформации, показанных на рисунке 9 [74]. В случае бетона, армированного фиброй, особенно со стальной фиброй, реакция на напряжение-деформацию более пластичная.

5. Деформационные свойства бетона при повышенных температурах

Деформационные свойства, которые включают тепловое расширение, деформацию ползучести и переходную деформацию, в значительной степени зависят от химического состава, типа заполнителя, а также химических и физических реакций, которые возникают в бетоне при нагревании [75].

5.1. Термическое расширение

Бетон обычно расширяется при воздействии повышенных температур. На рисунке 10 показано изменение теплового расширения НБК в зависимости от температуры [4, 15], где заштрихованная часть указывает диапазон данных испытаний, представленных различными исследователями [46, 76].Тепловое расширение бетона увеличивается от нуля при комнатной температуре до примерно 1,3% при 700 ° C, а затем обычно остается постоянным до 1000 ° C. Это увеличение является значительным в диапазоне температур 20–700 ° C и в основном связано с высоким тепловым расширением, возникающим из-за составляющих заполнителей и цементного теста в бетоне. Тепловое расширение бетона осложняется другими факторами, такими как дополнительные изменения объема, вызванные изменением содержания влаги, химическими реакциями (дегидратация, изменение состава), а также ползучестью и микротрещинами в результате неоднородных термических напряжений [18].В некоторых случаях термическая усадка также может быть результатом потери воды из-за нагрева наряду с тепловым расширением, и это может привести к отрицательному изменению общего объема, то есть к усадке, а не к расширению.

Еврокоды [4] учитывают влияние типа заполнителя на изменение теплового расширения, чем у бетона, в зависимости от температуры. Бетон из кремнистого заполнителя имеет более высокое тепловое расширение, чем бетон из карбонатного заполнителя. Тем не менее, положения ASCE [15] предоставляют только один вариант как для кремнистого, так и для карбонатного заполнителя бетона.

Прочность бетона и наличие фибры умеренно влияют на тепловое расширение. Скорость расширения HSC и фибробетона снижается между 600–800 ° C; однако скорость теплового расширения снова увеличивается выше 800 ° C. Замедление теплового расширения в диапазоне 600-800 ° C объясняется потерей химически связанной воды в гидратах, а увеличение расширения выше 800 ° C объясняется размягчением бетона и чрезмерным развитием микро- и макротрещин [77 ].

5.2. Ползучесть и переходные деформации

Зависящие от времени деформации в бетоне, такие как ползучесть и переходные деформации, значительно усиливаются при повышенных температурах под действием сжимающих напряжений [18]. Ползучесть бетона при высоких температурах увеличивается из-за выхода влаги из матрицы бетона. Это явление еще больше усиливается из-за рассеивания влаги и потери сцепления в цементном геле (C – S – H). Следовательно, процесс ползучести вызывается и ускоряется в основном двумя процессами: (1) движением влаги и обезвоживанием бетона из-за высоких температур и (2) ускорением в процессе разрыва сцепления.

Переходная деформация возникает при первом нагреве бетона, но не возникает при повторном нагреве [78]. Воздействие высоких температур на бетон вызывает комплексные изменения влажности и химического состава цементного теста. Более того, существует несоответствие в тепловом расширении между цементным тестом и заполнителем. Таким образом, такие факторы, как изменения химического состава бетона и несоответствия в тепловом расширении, приводят к внутренним напряжениям и микротрещинам в компонентах бетона (заполнителя и цементного теста) и приводят к переходным деформациям в бетоне [75].

Обзор литературы показывает, что имеется ограниченная информация о ползучести и неустановившейся деформации бетона при повышенных температурах [46]. Некоторые данные о ползучести бетона при повышенных температурах можно найти в работах Круза [70], Маречаля [79], Гросса [80] и Шнайдера и др. [81]. Андерберг и Теландерссон [82] провели испытания для оценки переходных деформаций и деформаций ползучести при повышенных температурах. Они обнаружили, что предварительно высушенные образцы при уровне напряжения нагрузки 45 и 67,5% были менее подвержены деформации в «положительном направлении» (расширению) под нагрузкой.При предварительном натяжении 22,5% образцы не показали значительной разницы в деформациях. Они также обнаружили, что влияние водонасыщенности не было очень значительным, за исключением свободного теплового расширения (предварительная нагрузка 0%), которое оказалось меньше для водонасыщенных образцов.

Khoury et al. [78] изучали деформацию ползучести изначально влажного бетона при четырех уровнях нагрузки, измеренную во время первого нагрева при скорости 1 ° C / мин. Важной особенностью этих результатов было то, что наблюдалось значительное сжатие под нагрузкой по сравнению со свободными (ненагруженными) тепловыми деформациями.Это сжатие называется «тепловой деформацией, вызванной нагрузкой», и считается, что фактическая термическая деформация состоит из общей тепловой деформации за вычетом термической деформации, вызванной нагрузкой.

Шнайдер [75] также исследовал влияние переходных процессов и ограничения ползучести на деформацию бетона. Он пришел к выводу, что испытание на переходные процессы для измерения общей деформации или прочности бетона в наибольшей степени связано с пожарами в зданиях и, как предполагается, дает наиболее реалистичные данные, имеющие прямое отношение к пожару.Важные выводы из исследования заключаются в том, что (1) соотношение воды и цемента и исходная прочность не имеют большого значения для деформаций ползучести в переходных условиях, (2) соотношение заполнителя и цемента имеет большое влияние на деформации и критические температуры: чем тверже агрегат тем ниже тепловое расширение; поэтому общая деформация в переходном состоянии будет ниже; и (3) условия отверждения имеют большое значение в диапазоне 20–300 ° C: отвержденные на воздухе и высушенные в печи образцы имеют более низкие переходные процессы и деформации ползучести, чем образцы, отвержденные водой.

Андерберг и Теландерссон [82] разработали основные модели ползучести и переходных деформаций в бетоне при повышенных температурах. Эти уравнения ползучести и переходной деформации при повышенных температурах, предложенные Андербергом и Теландерссоном [82], имеют вид

где = деформация ползучести, = переходная деформация, = 6,28 × 10 ⁻⁶ с ^−0,5 , = 2,658 × 10 ⁻³ K ⁻¹ , = температура бетона (° K) за время (с), = прочность бетона при температуре, = напряжение в бетоне при текущей температуре, = константа находится в диапазоне от 1.8 и 2.35, = термическая деформация и = прочность бетона при комнатной температуре.

Обсуждаемая выше информация о высокотемпературной ползучести и переходной деформации в основном разработана для НБК. По-прежнему отсутствуют данные испытаний и модели влияния температуры на ползучесть и переходную деформацию в HSC и фибробетоне.

6. Выкрашивание в результате пожара

Обзор литературы представляет противоречивую картину возникновения выкрашивания в результате пожара, а также точного механизма выкрашивания в бетоне.В то время как некоторые исследователи сообщали о взрывных растрескиваниях в бетонных элементах конструкций, подвергшихся воздействию огня, в ряде других исследований сообщалось о незначительных или отсутствующих значительных растрескиваниях. Одним из возможных объяснений этой запутанной тенденции наблюдений является большое количество факторов, влияющих на скалывание, и их взаимозависимость. Тем не менее, большинство исследователей согласны с тем, что основными причинами возникновения растрескивания бетона в результате пожара являются низкая проницаемость бетона и миграция влаги в бетоне при повышенных температурах.

Есть две общие теории, с помощью которых можно объяснить явление откола [83].

(i) Повышение давления. Считается, что отслаивание вызвано увеличением порового давления во время нагрева [83–85]. Чрезвычайно высокое давление водяного пара, образующееся при воздействии огня, невозможно избежать из-за высокой плотности и компактности (и низкой проницаемости) более прочного бетона. Когда эффективное поровое давление (пористость, умноженная на поровое давление) превышает предел прочности бетона на разрыв, куски бетона отваливаются от элемента конструкции. Считается, что это поровое давление ведет к прогрессирующему разрушению; то есть, чем ниже проницаемость бетона, тем больше выкрашивание из-за пожара.Это падение бетонных кусков часто может быть взрывоопасным в зависимости от пожара и характеристик бетона [38, 86].

(ii) Ограниченное тепловое расширение. Эта гипотеза предполагает, что отслаивание является результатом ограниченного теплового расширения вблизи нагретой поверхности, что приводит к развитию сжимающих напряжений, параллельных нагретой поверхности. Эти сжимающие напряжения снимаются хрупким разрушением бетона (отслаиванием). Поровое давление может сыграть значительную роль в возникновении нестабильности в виде взрывного термического выкрашивания [87].

Хотя отслаивание может происходить во всех бетонах, считается, что высокопрочный бетон более подвержен растрескиванию, чем бетон нормальной прочности из-за его низкой проницаемости и низкого водоцементного отношения [88, 89]. Высокое давление водяного пара, возникающее из-за быстрого повышения температуры, не может исчезнуть из-за высокой плотности (и низкой проницаемости) HSC, и это повышение давления часто достигает давления насыщенного пара. При 300 ° С поровое давление может достигать 8 МПа; такое внутреннее давление часто слишком велико, чтобы ему могла противостоять смесь HSC, имеющая предел прочности на разрыв примерно 5 МПа [84].Осушенные условия на нагретой поверхности и низкая проницаемость бетона приводят к сильным градиентам давления вблизи поверхности в виде так называемого «засора влаги» [38, 86]. Когда давление пара превышает предел прочности бетона на разрыв, куски бетона отваливаются от элемента конструкции. В ряде тестовых наблюдений на колоннах HSC было обнаружено, что скалывание часто носит взрывной характер [19, 90]. Следовательно, отслаивание является одной из основных проблем при использовании HSC в строительстве и должно быть должным образом учтено при оценке противопожарных характеристик [91].Выкрашивание в колоннах NSC и HSC сравнивается на Рисунке 11 с использованием данных, полученных в результате натурных испытаний на огнестойкость нагруженных колонн [92]. Видно, что в колонне HSC, подвергшейся воздействию огня, растрескивание является весьма значительным.

Степень отслаивания зависит от ряда факторов, включая прочность, пористость, плотность, уровень нагрузки, интенсивность возгорания, тип заполнителя, относительную влажность, количество микрокремнезема и других примесей [34, 93, 94]. Многие из этих факторов взаимозависимы, и это делает прогноз выкрашивания довольно сложным.Изменение пористости в зависимости от температуры является наиболее важным свойством, необходимым для прогнозирования откольных характеристик HSC [33]. Noumowé et al. провели измерения пористости образцов НСК и ГСК с помощью ртутного порозиметра при различных температурах [88, 95].

Основываясь на ограниченных испытаниях на огнестойкость, исследователи предположили, что растрескивание в HSC может быть минимизировано путем добавления полипропиленовых волокон в смесь HSC [85, 96–101]. Полипропиленовые волокна плавятся, когда температура в бетоне достигает примерно 160–170 ° C, и это создает в бетоне поры, достаточные для снижения давления пара, возникающего в бетоне.Другой альтернативой для ограничения образования сколов, вызванных возгоранием, в колоннах HSC является использование изогнутых стяжек, когда стяжки изгибаются под углом 135 ° в бетонную сердцевину [102].

7. Соотношения высокотемпературных свойств бетона

Существуют ограниченные определяющие соотношения высокотемпературных свойств бетона в нормах и стандартах, которые могут использоваться для пожарного проектирования. Эти отношения можно найти в руководстве ASCE [15] и в Еврокоде 2 [4]. Kodur et al. [46] собрали различные соотношения, которые доступны для термического, механического и деформирования бетона при повышенных температурах.

Существуют некоторые различия в определяющих соотношениях для высокотемпературных свойств бетона, используемых в европейских и американских стандартах. Основополагающие отношения в Еврокоде применимы к NSC и HSC, в то время как отношения в практическом руководстве ASCE применимы только к NSC. Основные соотношения для высокотемпературных свойств бетона, указанные в Еврокоде и руководстве ASCE, обобщены в Таблице 1. В дополнение к этим основным моделям, Кодур и др.[93] предложили определяющие отношения для HSC, которые являются расширением отношений ASCE для NSC. Эти отношения для HSC также включены в Таблицу 1.

Основное различие между европейскими соотношениями высокотемпературных компонентов бетона и ASCE заключается во влиянии типа заполнителя на свойства бетона.Еврокод специально не учитывает влияние типа заполнителя на теплоемкость бетона при высоких температурах. В Еврокоде такие свойства, как удельная теплоемкость, изменение плотности и, следовательно, теплоемкость, считаются одинаковыми для всех типов заполнителей, используемых в бетоне. Для теплопроводности бетона Еврокод предлагает верхнюю и нижнюю границы без указания того, какой предел использовать для данного типа заполнителя в бетоне. Кроме того, Еврокод классифицирует HSC на три класса в зависимости от его прочности на сжатие, а именно: (i) класс 1 для бетона с прочностью на сжатие от C55 / 67 до C60 / 75, (ii) класс 2 для бетона с прочностью на сжатие между C70 / 85. и C80 / 95, (iii) класс 3 для бетона с прочностью на сжатие выше, чем C90 / 105.

8. Резюме

Бетон при повышенных температурах претерпевает значительные физико-химические изменения. Эти изменения вызывают ухудшение свойств при повышенных температурах и создают дополнительные сложности, такие как растрескивание HSC. Таким образом, термические, механические и деформационные свойства бетона существенно изменяются в диапазоне температур, связанных с пожарами в зданиях. Кроме того, многие из этих свойств зависят от температуры и чувствительны к параметрам (методам) испытаний, таким как скорость нагрева, скорость деформации, температурный градиент и так далее.

На основании информации, представленной в этой главе, очевидно, что высокотемпературные свойства бетона имеют решающее значение для моделирования реакции железобетонных конструкций на пожар. Существует много данных о термических, механических и деформационных свойствах НБК и ГСК при высоких температурах. Однако данные о свойствах новых типов бетона при высоких температурах, таких как самоуплотняющийся бетон и зольный бетон, при повышенных температурах очень ограничены.

Обзор свойств материалов, представленный в этой главе, представляет собой общий обзор имеющейся в настоящее время информации.Дополнительные подробности, относящиеся к конкретным условиям, на которых развиваются эти свойства, можно найти в цитированных ссылках. Кроме того, при использовании свойств материала, представленных в этой главе, должное внимание следует уделять свойствам замеса партии и другим характеристикам, таким как скорость нагрева и уровень загрузки, поскольку свойства при повышенных температурах зависят от ряда факторов.

Заявление об ограничении ответственности

Некоторые коммерческие продукты указаны в этом документе для того, чтобы надлежащим образом описать экспериментальную процедуру.Ни в коем случае такая идентификация не подразумевает рекомендаций или одобрения со стороны автора, а также не подразумевает, что идентифицированный продукт или материал являются наилучшими доступными для этой цели.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Как защитить бетон во время холодной погоды

При бетонировании в холодную погоду преследуются три основные цели: 1) защитить только что уложенный бетон от замерзания в раннем возрасте, 2) защитить бетон, чтобы обеспечить соответствующее развитие прочности, и 3) защитить бетон от теплового удара и растрескивания в конце периода защиты.

Согласно Руководству ACI 306 по бетонированию в холодную погоду, холодная погода существует, когда температура воздуха упала до или, как ожидается, упадет ниже 40 ° F в течение периода защиты. Период защиты — это время, необходимое для защиты бетона от воздействия холода. (См. Дополнительную информацию об этом определении на боковой панели.)

Беречь от раннего замерзания

Если только что уложенный бетон замерзнет, ​​может произойти немедленное и необратимое повреждение; последующее отверждение не восстановит свойства бетона.Повреждение происходит из-за того, что при замерзании вода увеличивается в объеме на 9 процентов. Образование кристаллов льда и возникающее в результате расширение пасты может снизить прочность на сжатие и увеличить пористость затвердевшего бетона. Снижение прочности может достигать 50 процентов, если замерзание происходит в первые несколько часов после укладки бетона или до того, как бетон достигнет прочности на сжатие примерно 500 фунтов на квадратный дюйм.

Вновь уложенный бетон должен быть защищен от раннего замерзания до тех пор, пока количество воды для затворения или степень насыщения не будут в достаточной степени снижены в процессе гидратации, термин, используемый для описания химической реакции между портландцементом или вяжущими материалами и водой. .Во время гидратации степень насыщения постоянно снижается, поскольку вода для смешивания соединяется с вяжущими материалами, а бетон становится жестким и твердеющим. Из-за процесса гидратации количество доступной воды для смешивания, которая образует кристаллы льда, постоянно уменьшается, поэтому риск необратимого повреждения в случае замерзания бетона снижается.

Когда нет внешних источников воды, критическая степень насыщения, чтобы один цикл замерзания не приводил к необратимому повреждению бетона, возникает, когда бетон достигает прочности примерно 500 фунтов на квадратный дюйм.При заданных температурах отверждения хорошо измельченные бетонные смеси должны достичь этой прочности в течение 24-48 часов. Поэтому очень важно, чтобы вновь уложенный бетон был защищен от замерзания в течение первых 24–48 часов или до тех пор, пока бетон не достигнет прочности примерно 500 фунтов на квадратный дюйм.

Когда бетон достигает прочности не менее 500 фунтов на квадратный дюйм, он может выдержать один цикл замораживания-оттаивания без повреждений, если бетон является воздухововлекающим и не подвергается воздействию внешнего источника воды.Для воздействия повторяющихся циклов замораживания и оттаивания новый бетон должен достичь прочности не менее 3500 фунтов на квадратный дюйм или 4000 фунтов на квадратный дюйм, если он будет подвергаться повторяющимся циклам замораживания и оттаивания и химикатов для борьбы с обледенением. Чтобы избежать повреждений в раннем возрасте из-за холодной погоды, защитите бетон как можно скорее после укладки, уплотнения и отделки.

Температура и периоды защиты

Для защиты от замерзания в раннем возрасте поддерживайте соответствующую температуру бетона, указанную в строке 1 таблицы 1, в течение периодов времени, указанных в строке 1 таблицы 2.Бетон с ускоренным схватыванием может быть получен путем включения ускоряющих химических добавок, уменьшения водоцементного отношения материала (Вт / см), увеличения содержания цемента, уменьшения количества дополнительных вяжущих материалов или замены обычных цементов на цементы типа III (высокий -раннепрочно) цемент. Минимальные температуры бетона в строке 1 таблицы 1 являются функцией минимального размера секции, потому что чем массивнее секция, тем медленнее она теряет тепло.

Согласно строке 1 в таблицах 1 и 2, минимальная температура бетона при укладке и поддержании составляет 55 ° F для бетонной секции с минимальным размером 12 дюймов, а минимальный период защиты составляет два и один день для нормального схватывания и бетонные смеси ускоренного схватывания соответственно.Строка 1 в таблицах 1 и 2 обеспечивает минимальную температуру бетона и продолжительность, чтобы вода для смешивания во вновь уложенном бетоне не замерзла.

В строках 2, 3 и 4 таблицы 1 указаны минимальные температуры бетона в смеси для указанных температур воздуха. По мере снижения температуры воздуха рекомендуемые температуры бетонной смеси повышаются, чтобы компенсировать потери тепла между смешиванием и укладкой бетона. Рекомендации по температуре смеси помогают обеспечить достижимую минимальную температуру бетона при размещении и поддержании (строка 1, таблица 1).

Защитите, чтобы обеспечить достаточный прирост силы

Скорость затвердевания и набора прочности бетона зависит от температуры бетона. Низкие температуры бетона снижают скорость гидратации и, следовательно, замедляют рост прочности. Чтобы вновь уложенный бетон приобрел необходимую прочность для безопасного снятия опалубки, опор и перекладин, а также для безопасной загрузки конструкции во время и после строительства, необходимо поддерживать адекватную температуру бетона в течение периода защиты или отверждения.

Если есть требования к прочности в раннем возрасте, используйте Таблицу 2, чтобы определить минимальные периоды защиты для следующих условий эксплуатации: 1) без нагрузки, без нагрузки; 2) без нагрузки, без нагрузки; 3) частичная нагрузка, выставленная; и 4) полная нагрузка. В зависимости от требований к нагрузке и условий воздействия может потребоваться увеличить период защиты сверх минимумов, перечисленных в строке 1 таблицы 2

«Без нагрузки, незащищенный» означает, что бетонный элемент не будет нести значительных нагрузок в течение периода защиты и не будет подвергаться воздействию замерзания при эксплуатации.«Нагрузка без нагрузки» означает, что бетонный элемент не будет нести значительных нагрузок в течение периода защиты и будет подвергаться воздействию низких температур в процессе эксплуатации. «Частичная нагрузка, подверженная воздействию» означает, что бетонный элемент будет нести нагрузки, меньшие, чем доступная несущая способность для раннего возраста в течение периода защиты, и будет подвергаться воздействию низких температур в процессе эксплуатации. Элементы, требующие перешоривания для несения строительных нагрузок до достижения указанной прочности, имеют рабочее состояние «Полная нагрузка» и обычно требуют от подрядчика определения прочности бетона на месте.

Например, условием эксплуатации бетонного покрытия для стоянки толщиной 6 дюймов на коммерческой строительной площадке, которое будет подвергаться воздействию зимних условий и отлитого из бетона с ускоренным схватыванием, будет «Частичная нагрузка, незащищенная» и требующая минимальной защиты. срок 4 дня. Согласно строке 1 таблицы 1, минимальная температура бетона 55 ° F должна поддерживаться в течение четырехдневного периода защиты.

Способы защиты

Методы поддержания минимальных температур, которые размещены и поддерживаются, как показано в строке 1 таблицы 1, включают изоляцию (одеяла и плиты), системы обогрева, такие как электрические одеяла и системы водяного отопления, неотапливаемые или обогреваемые корпуса или комбинацию этих методов.

Изоляция является наиболее экономичным средством поддержания адекватных температур отверждения, поскольку в этом методе используется тепло гидратации или тепло, выделяемое в результате химической реакции между цементом и водой. В зависимости от массы бетона, содержания цемента и условий окружающей среды (например, температуры воздуха и ветра) изоляция обычно может поддерживать адекватную температуру отверждения, улавливая тепло гидратации.

Как можно скорее накройте бетон одеялом, чтобы уловить как можно больше тепла гидратации.Улавливание раннего тепла гидратации поможет поддерживать температуру отверждения, но также способствует гидратации, которая, в свою очередь, дает дополнительное тепло. Обязательно защитите углы и поверхности, поскольку эти области наиболее подвержены замерзанию и повреждению в раннем возрасте.

В экстремальных зимних условиях иногда тепла гидратации недостаточно для поддержания адекватной температуры отверждения, и требуется дополнительное тепло. Дополнительное тепло можно подавать с помощью электрических бетонных одеял, водонагревателей и обогреваемых шкафов.Конечно, использование дополнительного тепла увеличивает стоимость бетонирования в холодную погоду.

Гидравлические нагреватели обеспечивают циркуляцию нагретой водно-гликолевой жидкости через систему шлангов теплопередачи, размещенных на бетоне или формах. Обычно шланги покрывают бетонными изоляционными покрытиями для улавливания и удержания тепла.

Топочные обогреватели для обогреваемых помещений должны иметь вентиляцию и не должны располагаться таким образом, чтобы непосредственно нагревать или сушить бетон. Свежие бетонные поверхности, подверженные воздействию углекислого газа от невентилируемых обогревателей, могут быть повреждены карбонизацией бетона.Карбонизация происходит, когда углекислый газ реагирует с продуктами гидратации цемента, создавая мягкие и меловые поверхности. Невентилируемые обогреватели внутреннего сгорания также производят окись углерода. Конечно, высокие уровни концентрации этих газов опасны для рабочих.

Защищать от термического удара и растрескивания

В конце периода защиты постепенно снимайте изоляцию или другую защиту, чтобы температура поверхности постепенно снизилась в течение последующих 24 часов. В противном случае поверхность бетона может остыть слишком быстро, создавая температурные градиенты между поверхностью и внутренними частями бетона, и возникающие термические напряжения могут вызвать растрескивание поверхности.Оставьте изоляцию на месте и постепенно уменьшайте количество источников тепла, пока температура бетона не остынет до средней температуры воздуха. Строка 5 в Таблице 1 показывает максимально допустимое падение температуры поверхности в первые 24 часа после окончания защиты во избежание термического растрескивания поверхности.

Предварительное планирование — залог успешного бетонирования в холодную погоду. При разработке следующего плана бетонирования в холодную погоду рассмотрите три основные цели: защитить бетон от замерзания в раннем возрасте, защитить, чтобы обеспечить достаточный прирост прочности, и защитить от теплового удара и растрескивания.

Список литературы

ACI 301-10 «Спецификации конструкционного бетона», Американский институт бетона, www.concrete.org

ACI 306R-10 Руководство по бетонированию в холодную погоду, Американский институт бетона, www.concrete.org

Косматка, S.H. и Уилсон, М.Л., Проектирование и контроль бетонных смесей , 15 ^{-е издание} , 2011, Портлендская цементная ассоциация, www.cement.org

Влияние температуры на бетон во время укладки (PICP)

Влияние температуры на бетон и процесс укладки

Температура — это то, что мы не можем контролировать.Изменяющиеся температуры могут повлиять на результат строительства новых жилых или коммерческих бетонных проектов, и это то, о чем следует помнить при укладке. Бетон изначально представляет собой пластичный материал, состоящий из смеси цемента, воды и заполнителей. Вода — это то, что может стать слишком горячим или слишком холодным, что влияет на внешний вид бетона после его затвердевания.

Эта смесь определенных пропорций со временем затвердевает, чтобы придать прочность, для которой она предназначена. Даже в процессе схватывания бетон выделяет много тепла и теряет воду, что требует контроля процесса, известного как отверждение.

Влияние температуры на бетон

Температура во время изготовления и укладки бетона может повлиять на время его схватывания и окончательную прочность. Когда температура высока, это может привести к трещинам, и многие бетонные работы используют охлажденную воду для процесса смешивания, чтобы контролировать температуру бетона и снижать вероятность растрескивания и повреждения.

После того, как бетон схватится и наберет свою расчетную прочность, обычно принимаемую за 28 дней, бетон будет расширяться и сжиматься в зависимости от температуры окружающей среды, в которой он существует.Это движение определяется коэффициентом теплового расширения бетона и изменениями температуры, которым конструкция подвергается снаружи.

Коэффициент развития в первую очередь определяется используемыми заполнителями, поскольку они составляют от 70 до 80 процентов объема бетона. Более высокие температуры могут привести к расширению бетона и появлению трещин. Общая длина бетонной конструкции также может приводить к дополнительным напряжениям в композиции.

Этот фактор особенно важен для мостов. С другой стороны, низкие температуры могут привести к усадке бетона, и это может нарушиться, если вода попадет в трещины, что приведет к образованию льда, который может вызвать значительные напряжения в бетоне из-за увеличения объема.

Влияние колебаний температуры

Температурные колебания могут иметь как отрицательное, так и положительное влияние на бетон и его прочность. Температура окружающей среды, в которой он смешивается при первой укладке, должна поддерживаться в контролируемых условиях, чтобы бетон достиг расчетной прочности, которую он должен иметь.

Повышенные температуры влияют на увеличение начальной мощности, в то же время снижая прочность в долгосрочной перспективе. Температурные колебания могут влиять на различные свойства бетона. Ранние высокие температуры влияют на последующую прочность бетона, так как это увеличивает гидратацию и приводит к неравномерному распределению продуктов гидратации.

Это приводит к концентрации продуктов в области увлажняющих частиц, что замедляет дальнейшую гидратацию и влияет на прочность.Высокие температуры во время укладки также могут увеличить пустоты в бетоне, что может серьезно повлиять на его долговечность.

Высокие температуры также снижают удобоукладываемость бетона, что затрудняет надлежащее уплотнение. Быстрая гидратация приводит к тому, что бетон рано набирает свою первоначальную прочность и затрудняет его вибрацию и укладку. Это может привести к образованию сот в бетоне, что может серьезно сказаться на прочности бетона.

Бетон лучше всего укладывать при температуре от 5 до 40 градусов по Цельсию. Любая температура выше или ниже этой требует особого внимания к температуре воды, используемой при смешивании, и последующего ухода при отверждении бетона. Для совершенствования этого процесса могут потребоваться годы опыта. Если у вас большой проект и вам нужны профессионалы, позвоните нам, в опытную бетонную компанию Frederick.

Руководство по ASTM C511 и вашим установкам для отверждения

Кейси Сонейра, помощник руководителя программы лабораторной оценки

Опубликовано: апрель 2014

Введение

Когда я был аналитиком по качеству в AASHTO re: source, я столкнулся с бесчисленными выводами отчетов CCRL о лечебных установках.Поскольку кажется, что существует много путаницы и недоразумений относительно установок для отверждения и их требований, я решил написать о них статью. Цель этой статьи — уточнить спецификации, перечисленные в Стандартных технических условиях ASTM C511, для смесительных комнат, влажных шкафов, влажных помещений и резервуаров для хранения воды, используемых при испытании гидравлического цемента и бетона , и предоставить советы по достижению соответствия требованиям требования стандарта. Эта статья не является исчерпывающим описанием всех дизайнов смесей, региональных спецификаций или возможностей каждой лаборатории.Каждая лаборатория должна будет учитывать уникальные требования своих испытаний при проектировании и обслуживании установки для отверждения. Эту статью можно использовать в качестве общего руководства по отверждению материалов, включая портландцементный бетон, кладочный раствор, кладочный цемент, бетонные балки, раствор и гидравлический цемент (см. Таблицу 1).

Таблица 1

** Резервуары, использованные в течение последних 20 часов до разрушения, не должны соответствовать требованиям ASTM C511. Требования к этому периоду замачивания — температура и использование гидроксида кальция.Регистрирующий термометр или термостатический контроль не требуется. См. Раздел 10.1.3.2 ASTM C31. для дополнительной информации. Танки, соответствующие требованиям C511, также будут соответствовать требованиям C31.

Важность
Невозможно переоценить важность наличия правильно функционирующей установки для отверждения. Попытка обрезать углы при отверждении может привести к ошибочным результатам теста. Способность лаборатории должным образом лечить и хранить образцы жизненно важна для получения точных результатов испытаний на сжатие.Сухие условия, низкие температуры и обилие пресной воды (выщелачивание) могут привести к получению образцов с низкой прочностью. Высокие температуры могут привести к ложно высокой прочности.

Помимо того, что лечение является важной практикой, программа аккредитации AASHTO (AAP) рассматривает соответствующие методы испытаний при изменении статуса аккредитации ASTM C511. Это означает, что отклонение от ASTM C511 и не решение проблемы может привести к приостановке или отмене других связанных тестов, таких как ASTM C31, C39, C78, ​​C109, C780, C1077 (Бетон) и E329 (Бетон).

Общие ошибки
Инспекторы CCRL записывают множество выводов в свои отчеты о лечебных учреждениях и связанных с ними записях. Это понятно, поскольку не существует единственного правильного способа спроектировать и построить установку для отверждения, и поскольку, по-видимому, существует бесконечная куча записей, которые нужно поддерживать. Тем не менее, важно убедиться, что оборудование в порядке и вы понимаете требования к документации. Установки для отверждения, будь то резервуары или помещения, требуют большого количества документации.

К числу наиболее распространенных ошибок относятся:

• Отсутствие оценки записей еженедельных данных температуры
• Отсутствие полугодовой стандартизации регистраторов температуры (каждые 6 месяцев)
• Невозможность регулирования температуры (отсутствие механизмов нагрева / охлаждения)
• Неполная или отсутствующая программа обслуживания

Резервуары для отверждения по сравнению с влажными помещениями
Использование оборудования для отверждения требуется несколькими стандартами ASTM и AASHTO.В зависимости от типа материала, с которым вы работаете, вам следует обратиться к применимой спецификации или стандарту, чтобы определить, нужно ли вам содержать резервуары, камеру для полимеризации или даже резервуар в помещении для полимеризации.

Если вы никогда не видели резервуар для отверждения, это, по сути, большой, обычно овальный резервуар, наполненный мутной водой, насыщенной известью, и, надеюсь, некоторыми образцами бетона (см. Рисунок 1). Если вы никогда не видели камеру для отверждения / влажную комнату (я буду использовать эти термины как синонимы), это похоже на встроенный холодильник, полный тумана.Это закрытая, обычно металлическая комната, полная тумана и полок. Помещения для отверждения различаются по размеру, и рекомендуется, чтобы лаборатории устанавливали стеллажи в конфигурации, удобной для размера и формы помещения.

Поскольку не существует конкретной конструкции для резервуаров или камеры выдержки, лаборатория может настроить свое оборудование в зависимости от имеющихся ресурсов, существующих условий окружающей среды и требований к материалам, которые подвергаются отверждению. Как резервуары для отверждения, так и влажные помещения имеют свои преимущества и недостатки.Влажные комнаты могут быть дорогими в строительстве и обслуживании, но они также содержат больше образцов, которые легче организовать и разместить на полках. Резервуары для отверждения могут быть более экономичным решением, но контроль температуры может быть затруднен, и они занимают много места на полу. Танки также требуют дополнительной документации.

Какой бы вариант вы ни выбрали, вы должны иметь возможность нагревать или охлаждать систему, независимо от вашего географического положения, даже если лаборатория расположена в регионе с достаточно стабильным климатом.

Вы когда-нибудь задумывались, какой вариант использует ваш конкурент? Согласно неофициальному опросу инспекторов CCRL, количество лабораторий с резервуарами для отверждения по сравнению с помещениями для отверждения примерно поровну. Оба они кажутся одинаково популярными.

Рис. 1-3 Отдельные резервуары
Предоставлено Pennoni Associates Inc. в King of Prussia, PA

Требования к резервуарам для полимеризации
Если ваша лаборатория решает использовать только резервуары для полимеризации (не в помещении для полимеризации), следующая информация поможет прояснить некоторые из требований.По сути, ваши резервуары должны быть изготовлены из не подверженного коррозии материала, такого как толстый пластик или металл. Заполните резервуары водой, насыщенной известью (гидроксид кальция, также известная как гашеная известь с высоким содержанием кальция), и поддерживайте температуру в пределах 21,0 — 25,0 ° C (69,8 — 77 ° F). Также необходимо следить за температурой раствора в емкостях.

Цистерны

можно приобрести у типичных поставщиков лабораторий, а также у фермерских хозяйств, поскольку их также можно использовать в качестве кормушек и поилок для животных.Если у вас более одного резервуара, у вас есть два варианта конфигурации. Первый вариант — оборудовать каждый резервуар самописцем температуры, мониторинг которого ведется еженедельно. Если вы решите пойти по этому пути, вам потребуется как минимум один откалиброванный самописец или цифровой самописец на каждый резервуар (см. Рисунок 1). В качестве альтернативы вы можете соединить резервуары с помощью трубок, по сути создав один большой резервуар (см. Рисунок 2). Если вы выберете этот вариант, вы должны убедиться, что есть средство для равномерного циркуляции отвердителя по всем резервуарам.Большинство лабораторий, которые выбирают этот метод, используют циркуляционный насос для рыбного пруда. Будьте особенно внимательны, чтобы обеспечить равномерный поток между резервуарами. Случайное опорожнение и переполнение бака может произойти при неисправности оборудования. Вы также должны еженедельно проверять температуру каждой ванны, чтобы убедиться, что разница температур между ваннами не превышает 1˚C.

Рисунок 2 — Подсоединенные резервуары
Предоставлено лабораторией Nelson Testing Laboratories в Элмхерсте, штат Иллинойс,

Независимо от того, есть ли у вас несколько резервуаров или только один, вы должны выполнять плановое обслуживание.Для обслуживания резервуара вам необходимо тщательно перемешивать каждый резервуар не реже одного раза в месяц, чтобы восполнить обедненные ионы кальция. По крайней мере, каждые 24 месяца вы должны очищать и наполнять каждый резервуар гидроксидом кальция до насыщения. Вы должны вести учет этих действий, включая дату (месяц / день / год), имя ответственного лица и запись о предпринятых действиях.

Требования для влажных помещений
Если ваша лаборатория тестирует много образцов или тестирует различные материалы, камера для полимеризации может быть лучшим выбором для вас.Существует также возможность использовать влажный шкаф меньшего размера для специализированных проектов, а не строить целую комнату. Сборные камеры для отверждения отсутствуют на рынке, поэтому большинство лабораторий делают свои собственные из легкодоступных материалов. Размер вашей комнаты будет зависеть от того, сколько места доступно в вашей лаборатории и сколько образцов вы планируете хранить. Влажные помещения состоят из встроенных холодильников, изотермических транспортных контейнеров или помещений, построенных на основе временных конструкций. Как во влажных шкафах, так и в комнатах необходимо следить за герметичностью дверей и стен.Это существенно поможет поддерживать требования к температуре и влажности. В обоих случаях необходимо проявлять особую осторожность, чтобы вода не капала на хранящиеся образцы, поскольку известь может вымываться и снижать прочность.

Для поддержания чрезвычайно влажной среды у вас должно быть хорошее водоснабжение и увлажняющее оборудование, а температура должна поддерживаться на уровне 21,0–25,0 ˚C (69,8–77 F), за исключением коротких отклонений от открытия двери. После установки основной комнаты и ее изоляции лабораториям необходимо установить мистеры на водопроводные линии, расположенные по всей комнате.Распространенная проблема с господами в том, что они забиваются. Без надлежащего ухода и ухода господа начнут капать воду на образцы, прежде чем полностью засорятся. Система, используемая в большинстве отделов продуктовых магазинов, очень хорошо подходит для этой цели. Настоятельно рекомендуется, чтобы лаборатории разработали программу, в которой распылительные форсунки заменяются вторым комплектом, пропитанным слабой кислотой, такой как уксус, для замедления процесса засорения. Обслуживание двух комплектов рабочих распылительных форсунок займет меньше времени, чем постоянный ремонт капающих форсунок или последствия неправильного отверждения материалов.

Рисунок 3 — Верхний господин
Предоставлено CCRL

Цифровой и регистратор диаграмм
Одно из требований ASTM C511 состоит в том, что ваше отверждающее оборудование должно контролироваться регистратором температуры. Регистратор температуры должен быть точным, считываемым с точностью до 1 ° C и иметь возможность регистрировать температуру не реже одного раза в 15 минут. Есть два варианта выполнения этого требования. Вы можете использовать самописец или цифровой самописец.

В настоящее время диаграммные самописцы используются в других лабораториях.Некоторые из недостатков включают высыхание ручки и необходимость частой замены, а также неправильное считывание температуры. Преимущество регистратора диаграмм заключается в том, что информация всегда доступна и доступна для полного просмотра, а лаборатории, которые используют их, как правило, не записываются из-за того, что не оценивают еженедельные данные о температуре. Важно выбирать диаграммы температуры, которые легко читаются и не имеют настолько маленького масштаба, чтобы ширина линии пера или маркера превышала линии шкалы.

Цифровые регистраторы температуры (или регистраторы данных) набирают популярность.Хотя приятно иметь возможность хранить все температурные записи на компьютере, инспекторы CCRL сообщают, что лаборатории, использующие эти регистраторы данных, часто забывают загрузить и оценить данные.

Итак, как я могу избежать всех этих проблем?
Если вы не новая лаборатория и не думаете о перестройке или переезде в новое здание, у вас, вероятно, уже есть лечебное учреждение. Лучший способ убедиться, что у вас есть помещение с хорошей циркуляцией и температурным контролем, отвечающее всем требованиям, — это потратить время и деньги на то, чтобы получить все необходимое с первого раза.Во-первых, тщательно продумайте размещение вашей влажной комнаты или резервуаров. Лучше всего располагать их внутри и у внутренней стены. Если вам нужно установить влажную комнату у внешней стены, постарайтесь оставить не менее 6 дюймов мертвого пространства. Представьте себе жару 110˚F в Аризоне или -20˚F в Миннесоте прямо у стены. Это заставит ваше отопительное / охлаждающее оборудование работать с максимальной нагрузкой и увеличит вероятность выхода за пределы допустимого диапазона. Танки возле сквозняков в дверях отсеков также нанесут ущерб любому типу контроля температуры, который, по вашему мнению, у вас есть.Чтобы уменьшить открытую площадь поверхности, попробуйте покрыть резервуары большими кусками пенополистирола. Найдите время, чтобы установить изоляцию, трубопроводы, сменные матрасы, блоки нагрева и охлаждения, циркуляционные насосы и устройства для регистрации температуры, если это применимо. Как и в случае с самими строительными проектами, над которыми вы работаете, всегда выгоднее выполнить работу правильно с первого раза, чем разрывать ее и переделывать. Также учитывайте все человеко-часы, потерянные на постоянное обслуживание и быстрые исправления, не говоря уже о том, чтобы тратить время на написание отчетов о корректирующих действиях для проверки вашим аналитиком качества AASHTO re: source.

Рисунок 4 — Влажная комната на внутренней стене
Предоставлено CCRL

Когда дело доходит до ведения записей, попробуйте добавить их в свои обычные процедуры и настроить Microsoft Outlook® или запланировать напоминания, как вы обычно делаете для других обязательных действий по калибровке, стандартизации и техническому обслуживанию.

В конце концов, помните, что независимо от того, с какой точностью вы смешиваете ингредиенты, ваши методы отверждения будут влиять на прочность материала, который вы тестируете.Не только ваша лаборатория может пострадать от результатов отверждения, не отвечающего техническим требованиям, но и люди, которые ездят по дорогам и мостам, а также работают или учатся в зданиях, для строительства которых используются эти материалы.

Выражаем особую благодарность Яну Проуэллу и другим сотрудникам CCRL, которые поделились своим опытом оценки средств лечения и записей.

Прочие ресурсы

Список литературы

• ASTM International, «ASTM C31, Стандартная практика изготовления и отверждения бетонных образцов для испытаний в полевых условиях», Книга стандартов , том 04.02, 2012
• ASTM International, «ASTM C511, Стандартные спецификации для смесительных комнат, влажных камер, влажных помещений и резервуаров для хранения воды, используемых при испытании гидравлических цементов и бетонов», Книга стандартов , том 04.01, 2013 г.

Версия для печати

Сборный железобетон в зимних условиях

СТРОИТЕЛЬСТВО ИЗ БЕТОНА В ХОЛОДНУЮ ПОГОДУ

Зимние условия представляют собой серьезную проблему для строительной отрасли.Заливка бетона затруднена, когда температура опускается почти до нуля. Укладка бетона в холодную погоду может оказаться невозможной после наступления мороза, если вы не примете много дорогостоящих мер предосторожности. Холодные зимние условия не только значительно увеличивают затраты на строительство, но также замедляют график и снижают безопасность рабочих.

Большая часть Америки страдает от зимних погодных условий, но строительные работы могут продолжаться круглый год. Это потому, что многие архитекторы, инженеры и строители знают, что строительство в холодную погоду можно легко завершить вовремя, в рамках бюджета и безопасно, используя сборный железобетон в зимние месяцы.Сборный железобетон позволяет завершать строительные проекты даже в экстремальные погодные условия, которые наступают в холодные зимние месяцы.

ЧТО ТАКОЕ БЕТОН ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ПОГОДЫ?

Американский институт бетона (ACI) определяет бетонирование в холодную погоду на основе двух параметров:

• Средняя дневная температура наружного воздуха ниже 40 градусов по Фаренгейту (5 градусов Цельсия).
• Температура наружного воздуха не поднимается выше 50 градусов по Фаренгейту (10 градусов Цельсия) в течение более половины 24-часового периода.

В зависимости от региона это может повлиять на календарные месяцы с октября по апрель. Это более полугода, когда строительные работы могут быть отложены или остановлены из-за мороза, льда, снега или пронизывающего ветра. Строители планируют это и обращают внимание на решения из сборного железобетона и бетонные изделия, адаптированные к погодным условиям.

В коммерческом строительстве бетон используется не только для изготовления фундаментов и плит. Сборный бетон — лучший всепогодный процесс для изготовления архитектурных стеновых панелей, двутавровых балок, пустотелых досок, панелей пола, балок и многих других областей применения.Сборный железобетон можно найти в паркингах, офисных зданиях, многоквартирных домах и многоквартирных домах, школах и почти в любом другом крупномасштабном проекте.

На планирование и завершение таких крупных проектов уходит несколько месяцев. Они чувствительны ко времени и требуют непрерывного строительства, которое протекает в зимние месяцы, когда традиционные методы монолитного монтажа (CIP) непрактичны, слишком дороги и небезопасны для рабочих, работающих в суровых условиях. Ключом к успешному строительству бетона является изготовление конструктивных элементов в условиях производства, контролируемых окружающей средой.

ТРАДИЦИОННЫЙ БЕТОН ДЛЯ ЗАЛИВА

Ничто не может сравниться с бетоном по прочности, долговечности и экономичности. Вы можете использовать его над и под землей, а также в воде. Бетон помог построить все мыслимые конструкции, от небоскребов до мостов и дорог. Но, несмотря на все его преимущества и достоинства, у него есть недостатки. Он не может должным образом застыть, когда он слишком холодный, когда выливается на открытом воздухе.

Это довольно серьезные ограничения для заливки бетона на месте. Традиционно бетонные проекты отливаются на место.Формы устанавливаются, бетон замешивается на стройплощадке или привозится автотранспортом с заводов по производству товарных смесей.

Бетон не высыхает до затвердевания. Он переходит из жидкого состояния в твердую массу в результате сложной химической реакции, называемой отверждением. Скорость реакции прямо пропорциональна температуре. Это включает в себя температуру жидкой бетонной смеси и температуру, при которой она остается во время жизненно важного этапа отверждения. Он также включает в себя температуру окружающей среды, которая учитывает окружающую среду, такую ​​как воздух, опалубку и состояние грунта.

РЕЙТИНГИ АМЕРИКАНСКОГО БЕТОННОГО ИНСТИТУТА

Американский институт бетона утверждает, что идеальный диапазон температур для заливки бетона составляет от 50 до 85 градусов по Фаренгейту (от 10 до 29 градусов по Цельсию). Идеальная температура отверждения составляет 72 ° F (22 ° C) в течение 28-дневного периода отверждения. Осенью, зимой и весной это практически невозможно для большей части среднеатлантической Америки. Остается лишь узкое окно для правильного использования традиционного метода заливки.

Слишком высокие температуры вызывают обезвоживание бетонной смеси и потенциальную потерю прочности, так как контролируемое удержание воды жизненно важно для идеального отверждения.Низкие температуры приводят к тому, что бетон становится инертным или перестает схватываться. Замерзание во время первоначального отверждения до того, как оно достигнет прочности на сжатие 500 фунтов на квадратный дюйм, приведет к полному разрушению отвержденного бетона. В любом случае заливка бетона за пределами допустимой температуры может стать финансовой катастрофой.

Полная прочность бетона наступает через 28 дней. Вот тогда он достигает расчетной прочности. Прочность бетона измеряется в фунтах на квадратный дюйм или фунтах на квадратный дюйм. Бетонные смеси различаются в зависимости от потребностей.Нормальная прочность конструкции начинается с 2000 фунтов на квадратный дюйм для легких плоских конструкций, таких как плиты и дорожки. Фундаменты и стеновые смеси обычно рассчитаны на сопротивление от 2500 до 3500 фунтов на квадратный дюйм. Ключевые элементы конструкции, такие как балки, колонны и лестницы, смешиваются для получения прочности до 5000 фунтов на квадратный дюйм или более.

Вы можете легко получить все эти смеси, если будете заливать их при надлежащей температуре. Как только температура затвердевающего бетона опускается ниже 50 ° F (10 ° C), скорость отверждения падает на 50%.Ниже 40 ° F (4 ° C) процесс отверждения в основном останавливается, и ничего нельзя сделать для его восстановления.

ПОВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ИСКУССТВЕННЫХ СРЕДАХ

Создание искусственной среды может быть дорогостоящим и непрактичным. Во-первых, это проблема создания конструкции. Это требует времени и материалов, требующих сборки в суровых климатических условиях. Это замедляет работу рабочих и увеличивает риск их безопасности. Тогда есть проблема с нагревом конструкции.Вот проблемы подробно:

• Временные защитные сооружения требуют времени на строительство. На строительных площадках разрабатываются креативные решения, но все они требуют времени на проектирование, изготовление материалов, сборку, а затем разборку.

• Остается проблема обращения с отходами . Они могут быть переработаны в часть общего строительного проекта, что компенсирует некоторые затраты. Но обычно любые материалы, связанные с заливкой бетона, загрязнены маслом или жидким навозом.Это требует больше времени и средств для очистки. Вывоз отходов на свалку стоит дорого и не является экологически безопасной практикой.

• Временные конструкции требуют отопления . В зависимости от источника топлива это может быть дорого. Пропановые и дизельные обогреватели сжигают много дорогостоящего топлива. В очень холодную погоду это может быть непомерно дорого.

• Выхлопные газы от тепла ископаемого топлива создают дополнительную проблему для твердения бетона.Это называется карбонизация . Здесь временные обогреватели работают с плохой вентиляцией и вызывают повышение содержания углекислого газа в воздухе. Затем он вступает в реакцию с гидроксидом кальция при затвердевании бетона с образованием карбоната кальция. Это приводит к обратному прокаливанию извести и превращает смесь в слабую меловую поверхность и мягкую сердцевину.

• Изоляционные одеяла и другие изоляторы, такие как пена, сено и солома, имеют ограниченную ценность без альтернативного источника тепла.Они подходят для предельных температур. Но как только внутренняя температура затвердевающего бетона падает, эти изоляторы удерживают холод, а не повышают температуру снаружи.

ИЗМЕНЕНИЕ БЕТОНА С ДОБАВКАМИ

Практически каждый поставщик товарного бетона начнет добавлять в бетонную смесь защиту от холода, как только температура окружающей среды упадет до определенной точки. Это так называемые добавки-смеси. Некоторые предназначены для повышения температуры смеси.Другие предназначены для ускорения времени отверждения. Хотя добавки обеспечивают защиту от прохладной погоды, они ничего не делают, если смесь оставить замерзать. Добавки также создают свои собственные проблемы отверждения. Это популярные добавки к бетону в холодную погоду и некоторые из основных факторов, которые на них влияют.

• Горячая вода — это основная добавка для холодной погоды. Компания по производству товарных смесей рассчитает температуру воды в зависимости от текущей температуры окружающей среды и суточного прогноза.Также учитываются время доставки и расстояние. По общему правилу смесь должна поступать на строительную площадку при температуре 65 ° F (18 ° C).

Чтобы получить приемлемую температуру на месте, температура добавки должна быть очень высокой. Чем выше температура добавляемой воды, тем выше риск отделения агрегатов. Это приводит к слабой прочности и неудачным разливам. Также не приемлемые результаты. Они всегда представляют опасность при забросе в холодную погоду.

Высокая температура воды может вызвать срабатывание вспышки.Это также опасно для возможной силы. Это происходит, когда горячая вода напрямую контактирует с порошком, а не со смесью порошка и заполнителя. Прямой контакт, особенно при высокой температуре, вызывает мгновенное отверждение или оплавление порошка. Это предотвращает связывание заполнителей, что является ключом к прочности бетона.

• Воздухововлечение — еще один важный фактор в контроле качества бетона. Смеси рассчитаны на определенные объемы содержания воздуха. Очень важно заливать бетон с правильным воздухововлечением, особенно в холодную погоду.Воздух — необходимый ингредиент в химических реакциях. Воздух очень чувствителен к температуре, поскольку более холодный воздух сжимается и ослабляет окончательное отверждение.

• Ускорители предназначены для увеличения скорости отверждения. Хлорид кальция — самый распространенный ускоритель в холодную погоду. Обычно его добавляют в количестве 1% по объему в прохладные дни и максимум 2% в холодные дни. Кальций всегда присутствует в цементном порошке, но при дополнительном добавлении естественное время отверждения химически увеличивается.Но, как и большинство других добавок, превышающих стандартные конструкции бетонной смеси, чрезмерное количество кальция вызывает потерю прочности.

• Безхлоридные ускорители доступны, но они могут быть очень дорогими. Многие инженеры и строители не знакомы со сложными смесями добавок и предпочитают использовать то, что они знают, как проверенные и достоверные. Было бы ошибкой думать, что другие ускорители действуют как антифриз. Они этого не делают. Они только ускоряют лечение. В бетонной промышленности нет незамерзающих веществ.

Осадка относится к консистенции или толщине бетонной смеси. Низкая осадка из-за низкого уровня воды делает ее густой, сухой и жесткой. Высокие просадки тонкие и жидкие. Поскольку целью холодных проливов является минимизация воды и максимальное время отверждения, желательна густая просадка. Это явная проблема для мест с холодной погодой. Бетон с низкой осадкой трудно обрабатывать в холодную погоду, когда бетон с высокой осадкой легко течет. Это возвращает нас к проблеме воды при заливке бетона в холодную погоду.

• Зола-унос — еще один продукт, используемый в бетоне для холодной погоды. Это побочный продукт производства стали, похожий на шлак. Вопреки распространенному среди некоторых строителей мнению, летучая зола на самом деле снижает внутреннее нагревание и отверждение.

• Использование цемента типа III , который представляет собой высокопрочный цемент, обычно используемый в сборном железобетоне, но не часто используемый в товарном бетоне. Это немного дороже, чем типичный цемент типа I (общего назначения), но он полезен для получения высокой начальной прочности, что важно при бетонировании в холодную погоду.Прекастеры используют его круглый год.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ НА САЙТЕ ЗАПИСЫВАЕТ

Поскольку вода не может быстро впитаться в холодный бетон, она имеет тенденцию выходить на внешнюю поверхность отверждаемого продукта. Это известно как «кровотечение». Вода — самый легкий ингредиент в бетонной смеси, и она естественным образом всплывает на поверхность, если не впитывается изнутри.

Кровотечение повреждает готовый бетон двумя способами. Один из таких способов — затруднить работу с внешней поверхностью.Любая попытка затереть стоячую воду обратно в застывшую бетонную массу приведет только к ослаблению верхней поверхности. Во-вторых, если верхний слой замерзнет, ​​поверхность никогда не застынет должным образом и может отслаиваться или отслаиваться на неопределенное время.

Температура земли — еще один важный фактор при литье. Бетон никогда не следует класть на мерзлую землю или в любых условиях, где есть лед или снег и они будут подвержены свежей заливке. Это рецепт обрушения конструкции. Даже если у вас есть временное убежище или изолирующая защита, мерзлый грунт перестанет лечить на своем пути.Нагреть место после заливки просто не получится. Также никакие добавки для холодной погоды не помогут с мерзлой землей.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМ С ХОЛОДНОЙ ПОГОДОЙ БЕТОНА

К счастью, есть простое решение для заливки бетона в холодное время года. Это решение состоит в том, чтобы вообще этого не делать.

Сборный бетон — идеальное средство для устранения всех проблем, связанных с заливкой в ​​холодную погоду. Сборные железобетонные элементы тщательно конструируются в контролируемой заводом среде, что исключает все риски.В результате создаются регулируемые агрегаты, отвечающие высоким стандартам качества, прочности и дизайна. Независимо от погодных условий на улице.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ ЖЕСТКОГО БЕТОНА

Вот преимущества сборных железобетонных конструкций. Процесс доступен для любого типа проекта.

• Разработано опытными инженерами . У них есть годы обучения и практический опыт в отливке всех типов бетонных конструкций. Они работают с архитектором, инженером-проектировщиком и руководителем строительства, чтобы убедиться, что при заливке сборного железобетона используются именно те бетонные смеси и добавки.

• Заводские условия средние температуры искусственно контролируются для обеспечения оптимальных условий при литье компонента. Все бетонные работы по заливке и отверждению выполняются в этих условиях, что устраняет нестабильные рабочие параметры, такие как неожиданные погодные условия, когда заливка была запланирована и должна продолжаться.

• Контроль качества обеспечивается внутренней периодической установкой, где точный заполнитель, порошок, вода и другие добавки смешиваются при постоянной температуре.Нет никаких догадок или риска.

• Прочность гарантирована. Неважно, какая прочность бетона требуется, застройщику гарантируется, что прочность бетона будет. Все заказы на сборный железобетон проверяются с помощью мер контроля качества на месте и имеют подтверждающую документацию, которая всегда соответствует проектным требованиям. Типичная прочность сборного железобетона составляет не менее 5000 фунтов на квадратный дюйм, а иногда может достигать 10000 фунтов на квадратный дюйм независимо от температуры наружного воздуха.

• Долговечность — никогда не беспокойтесь. Ни один другой строительный материал не может служить дольше, чем бетон. Он не гниет, как дерево, не ржавеет, как сталь, не ломается, как пластик, не разбивается, как стекло.

• Огнестойкость чрезвычайно высока для сборных железобетонных изделий. На самом деле бетон негорючий и имеет чрезвычайно высокую температуру разрушения.

• Быстрые сроки поставки гарантированы для сборных железобетонных изделий.Поскольку они разливаются и отверждаются на специальной установке, работы могут быть выполнены за несколько месяцев до этого, а затем храниться на складских площадках. В ограниченном пространстве не нужно спешить с борьбой. Если компоненты заказаны вовремя, они всегда будут готовы к работе, когда они вам понадобятся.

• Отверждение в холодную погоду при заливке швов между сборными элементами в холодную погоду меры по защите от затвердевания раствора просты и недороги по сравнению с нагревом большой заливки монолитного бетона.

• Рентабельность обеспечивается при использовании сборного железобетона. Предварительное литье компонентов значительно сокращает рабочее время и труд рабочих. Эта экономия труда выражается в сокращении общих затрат, которые можно найти в прибыли.

ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СУРОВЫХ ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ

Все это большие преимущества использования сборного железобетона, но их можно объединить в одно главное преимущество строительства.Использование сборного железобетона очень эффективно в суровых зимних условиях. Сборный железобетон также чрезвычайно эффективен и экономичен в течение всего года.

Более 90 лет Nitterhouse Concrete поставляет высококачественные сборные железобетонные изделия строителям в Среднеатлантическом регионе. Сегодня у нас есть современный завод по производству сборных железобетонных изделий площадью 127 500 квадратных футов, на котором бетонные изделия производятся в заводских условиях с регулируемой температурой. Некоторые из наших продуктов включают:

• Сборные железобетонные архитектурные панели
• Сборные железобетонные балки с двойным тройником
• Колонны из сборного железобетона
• Доска пустотная сборная из бетона
• Панели перекрытия из сборного железобетона
• Подступенки для стадионов из сборного железобетона
• Лестницы из сборного железобетона

Мы поставляем эти прочные и экономичные сборные железобетонные изделия для широкого спектра строительных проектов, независимо от того, насколько холодна погода.Мы строим целые строительные системы как для больших, так и для небольших проектов. Наши самые популярные сборки:

• Парковочные и гаражные конструкции
• Офисные здания
• Многоквартирное строительство
• Школы и спортивные сооружения
• Универмаги
• Склады

Выбор сборного железобетона позволит сэкономить средства даже в те холодные месяцы. Чтобы обсудить ваш проект с одним из наших специалистов, позвоните нам или отправьте нам детали вашего проекта прямо здесь, онлайн!

Отверждение бетона: какое оборудование подходит именно вам?

Отверждение бетона

Отверждение и повышение прочности бетона — это сложный химический процесс гидратации, который начинается в момент контакта воды с ингредиентами цемента.Успешный отбор проб, отверждение и испытание бетона на прочность зависит от соблюдения правил, установленных самим процессом.

Ранний (зеленый) бетон очень чувствителен к возмущениям и перепадам температуры. В результате отверждение образцов проводится в два этапа:

• Первоначальное отверждение в течение первых дней или двух происходит на рабочем месте. Сразу после формования образцы свежего бетона помещаются в защищенную среду, где они набирают достаточную прочность, чтобы их можно было транспортировать в испытательную лабораторию.
• Попав в лабораторию, образцы извлекаются из форм и начинают длительную фазу окончательного отверждения.

Первичное или полевое отверждение

Еще один день в офисе. Или, в данном случае, место проведения работ и образцы прочности бетона, которые вы только что сделали, начали свое первоначальное отверждение. Практики ASTM C31 и AASHTO T 23 для изготовления и отверждения бетонных образцов для испытаний в полевых условиях четко определяют, что необходимо для этого периода менее 48 часов, когда образцы достигают окончательного набора и начинают набирать прочность:

• Необходимо предотвратить потерю влаги.
• Температура окружающей среды должна поддерживаться в пределах от 60 ° F до 80 ° F (от 16 ° C до 27 ° C) для большинства типов бетона.

Хотя на практике это не так четко указано на практике, также известно, что удары, вибрация или другие возмущения на этом этапе напрямую влияют на рост прочности бетона, поэтому образцы также необходимо защищать от физических сил.

Бетонные ящики для отверждения созданы для удовлетворения требований первоначального отверждения и повышения эффективности ваших полевых операций благодаря портативности и удобству.Доступны опции для нагрева, нагрева и охлаждения или контроля температуры и влажности образца путем погружения в циркулирующую воду. Устройства легко транспортировать между проектами или хранить в лаборатории между использованием.

Окончательное, лабораторное отверждение

По окончании начального периода отверждения в полевых условиях образцы готовы к транспортировке обратно в испытательную лабораторию. Там они начинают заключительную фазу отверждения, пока не достигнут возраста 7 дней, 28 дней или более, прежде чем они будут испытаны на прочность при сжатии или изгибе.Но как их хранить, чтобы они правильно лечили и продолжали набирать силу, пока не будут проверены? Все это может быть очень сложно.

Надлежащая защита образцов бетона от вибрации, тряски и экстремальных температур во время транспортировки имеет решающее значение и может повлиять на результаты испытаний на прочность, если ее упустить. Ящик для отверждения в полевых условиях и стеллажи для транспортировки цилиндров компании Gilson защищают образцы для получения надежных результатов испытаний.

Точные испытания на прочность образцов бетона, раствора и кирпичной кладки в форме цилиндров, балок или кубов начинаются с надлежащего отверждения в соответствии с требованиями соответствующих стандартов ASTM и AASHTO, но это одна из наиболее распространенных ошибок, обнаруживаемых в CCRL (цемент и Справочная лаборатория по бетону) — это неспособность поддерживать заданные температуры отверждения и уровни влажности в лаборатории.Неправильные условия отверждения напрямую препятствуют развитию оптимальной прочности образцов прочности бетона.

Влажные камеры или емкости для отверждения бетона — два приемлемых и широко используемых метода отверждения образцов для испытаний прочности бетона. Конкретные требования для каждого из них изложены в стандартных спецификациях ASTM C511 и AASHTO M 201.

Какой метод отверждения бетона самый лучший?

Неофициальный опрос, проведенный Справочной лабораторией материалов AASHTO (AMRL), показал, что количество лабораторий с помещениями для увлажнения и емкостями для отверждения разделено поровну, поэтому обе одинаково популярны и предлагают жизнеспособное решение.В этом посте мы расскажем вам о плюсах и минусах каждого метода, чтобы помочь вам определить, какая процедура подходит для вашей лаборатории.

Влажная комната

Влажная комната похожа на сауны или холодильные камеры, наполненные туманом. От небольшого туалета до большой комнаты, они могут быть сборными модульными элементами или построены на месте из кирпичного блока или других влагостойких материалов. Они герметичны и часто имеют внешнюю панель с приборами для контроля температуры и влажности.

Для поддержания требуемой температуры и уровня влажности в помещении используются самые разные методы, от простых увлажнителей тумана до систем, которые смешивают подачу горячей и холодной воды и распределяют воду с регулируемой температурой через систему распылительных головок. Помещения, в которых используются автономные туманообразователи, требуют отдельного метода регулирования температуры до указанного значения 23,0 ± 2,0 ° C (73,4 ± 3,5 ° F). Хранение образцов осуществляется на стеллажах или стеллажах, рассчитанных на максимальное воздействие влажного воздуха на образцы.Согласно спецификациям, относительная влажность должна поддерживаться на уровне не менее 95%, чтобы поверхности образцов выглядели и чувствовали себя влажными. Также необходимо записывать уровни температуры и влажности.

Плюсы:

• Лучший выбор для большего количества более крупных образцов
• Простая сортировка образцов по возрасту и типу
• Образцы легче доступны и при необходимости перемещаются с помощью домкратов и тележек для поддонов

Минусы:

• Дорого построить или купить
• Сложная установка иногда требует интеграции другого оборудования и систем
• Обслуживание может быть дорогим и трудоемким

Наши рекомендации:

Панель управления влажным помещением для широкого диапазона размеры комнаты.Эта настенная панель управления включает:

• Полное автоматизированное решение для управления смешиванием горячей и холодной воды для распределения через распылительные головки. Требуется установка подающих и распределительных линий.
• Легко читаемый дисплей цифрового контроллера для удобного ввода температуры.
• Система ручного байпаса для непрерывного поддержания заданных уровней температуры и влажности в случае отключения электроэнергии.
• Место для установки регистратора температурных диаграмм или регистратора данных

Aquafog® GT 500 Вентиляторы тумана для увлажнения помещений площадью до 1 600 футов² (149 м²).

• Водопроводная вода из обычного водопровода пропускается мимо лопастей высокоскоростного вентилятора
• Центробежная сила и высокоскоростной воздушный поток распыляют капли воды для равномерного распределения
• Конструкция из нержавеющей стали, полиэтилена и анодированного алюминия означает долгую коррозию -свободный срок службы
• Доступны агрегаты с производительностью до 15 галлонов (57 л) в минуту

Отслеживание температуры и мониторинг влажности

Влажные помещения для отверждения бетона должны регистрировать температуру каждые 15 минут, и данные должны быть оценены минимум один раз в неделю.Инструменты для регистрации уровней влажности не являются обязательными, но Гилсон рекомендует часто проводить наблюдения и измерения в качестве хорошей практики.

• Регистраторы температуры и регистраторы данных предлагают различные способы контроля температуры влажного помещения или резервуара для отверждения и регистрации данных для постоянной записи. Удобными решениями являются модели с выносными датчиками термопары, погружные логгеры и устройства, записывающие чернилами на бумажных диаграммах.

Измерители влажности

• контролируют относительную влажность во влажных помещениях как надежный способ подтверждения визуальных наблюдений за свободной влажностью в образцах.Доступны как аналоговые / ручные, так и цифровые инструменты.

A Резервуар для отверждения

Резервуары для отверждения бетона и другие резервуары для хранения открытой воды создают идеальную среду для отверждения бетона для ограниченного количества образцов. Этот простой и не требующий особого ухода метод соответствует требованиям спецификаций и является хорошей альтернативой помещениям с повышенной влажностью, особенно для временного или полевого применения. В воду необходимо добавлять гидроксид кальция (гашеную известь), чтобы предотвратить вымывание минералов из образцов бетона.Дополнительные резервуары могут быть добавлены или удалены по мере необходимости и даже соединены между собой для большей емкости образца и эффективности нагрева / охлаждения.

Плюсы:

• Идеально подходит для краткосрочных и ограниченных пространств
• Простое оборудование устанавливается быстро и недорого
• Доступно в различных емкостях и размерах
• Достаточный уровень влажности никогда не ставится
• Минимальный требуется техническое обслуживание (очищайте и пополняйте резервуары каждые 24 месяца)

Минусы:

• Резервуары не занимают много места для большого количества образцов
• Для работы с образцами требуются водонепроницаемые перчатки
• Возможны случайные утечки или разливы
• Большие Поверхность воды может увлажнять помещения

Наши рекомендации: Стальные резервуары для отверждения

выпускаются трех моделей емкостью от 100 галлонов (379 л) до 300 галлонов (1136 л).Характеристики стальных элементов:

• Верхняя часть, армированная трубами, для особо прочного, устойчивого к раздавливанию обода
• Прочный прокатный шов с закрытым герметиком для предотвращения утечек
• Оцинкованная сталь 22 калибра с диагональным и горизонтальным гофрами для прочности
• Сливная пробка для простого обслуживания

Пластиковые резервуары для отверждения доступны в трех моделях емкостью от 40 галлонов (151 л) до 180 галлонов (681 л):

• Тяжелая бесшовная конструкция из переработанных материалов
• Нержавеющая и ударопрочная
• Герметичная
• Гибкий, с наклонными сторонами для частичного размещения при хранении

Контроль и отслеживание температуры

Температура воды в резервуарах для отверждения должна поддерживаться на том же уровне 23.0 ± 2,0 ° C (73,4 ± 3,5 ° F) для влажных помещений и записывается с теми же 15-минутными интервалами. Сезонные колебания и расслоение воды могут привести к отклонению температуры в резервуаре от установленных требований. К счастью, есть несколько простых решений, позволяющих обеспечить выполнение вашей программы лечения и тестирования.

• Нагреватели резервуара для отверждения регулируют температуру воды в ограниченном диапазоне в больших резервуарах и являются экономичным и популярным способом обеспечения соответствия техническим условиям. Эти погружные нагреватели устанавливаются непосредственно на стенках резервуара и включают в себя заземленный шнур питания и встроенный предохранитель.

Нагреватели / циркуляторы

• отличаются высокой точностью и обеспечивают точный контроль температуры и постоянную циркуляцию жидкости в небольших резервуарах. Точность составляет до ± 0,09 ° F (0,05 ° C).

Циркуляторы емкости для отверждения

• — это простые и экономичные погружные насосы, которые обеспечивают равномерную температуру во всех точках емкости для отверждения. Работа в водонепроницаемом нейлоновом пластиковом корпусе бесшумна.

Регистраторы температуры и регистраторы данных

• — это тот же ассортимент продукции, который рекомендуется для использования во влажных помещениях, и удобный способ контролировать температуру резервуара для отверждения бетона и регистрировать ее для постоянного учета.Удобными решениями являются модели с выносными датчиками термопары, погружные логгеры и устройства, записывающие чернилами на бумажных диаграммах.
• Бетонные эталонные термометры требуются для проверки точности других температурных устройств, используемых в лабораториях по испытанию цемента и бетона. Эти стеклянные термометры соответствуют стандарту ASTM E77 и снабжены сертификатом прослеживаемости NIST. Доступны модели с ртутной или безртутной индикаторной жидкостью.

Какие бы методы и оборудование вы ни предпочли, помните, что правильное отверждение необходимо для оптимального развития прочности в образцах прочности бетона.Без него любые результаты испытаний бетона на прочность под вопросом. Для получения экспертной помощи по вашему приложению обратитесь к экспертам по тестированию в Gilson.

Бетонирование в холодную погоду | Требования к размещению | Срок защиты | Добавки для защиты от замерзания

Согласно ACI 306-R10, Бетонирование в холодную погоду определяется как процесс бетонирования — смешивание, заливка и отверждение при температуре ниже 4 ^o Цельсия (40 ^o F) сверх рекомендуемой период защиты согласно спецификации.Период защиты определяется как время, необходимое для того, чтобы бетон набрал раннюю прочность 3,5 МПа или до достижения желаемой прочности, в зависимости от условий эксплуатации.

Бетонирование в холодную погоду Франс Ван Хеерден на Pexels.com

Например, для бетона с нормальным схватыванием без каких-либо добавок период защиты составляет 2 дня, если бетонный элемент не подвергается нагрузкам или атмосферным воздействиям. С другой стороны, для частично нагруженного и незащищенного состояния он может доходить до 6 дней. Таким образом, только если бетон правильно пропорционален, уложен, защищен в холодную погоду, он может развить необходимую и желаемую прочность и долговечность.Ранние циклы оттаивания и замораживания снизят конечную прочность бетона на сжатие.

Чтобы преодолеть эти проблемы во время бетонирования для холодной погоды , во время смешивания бетона добавляются добавки для улучшения свойств и характеристик свежего бетона. Добавки антифризов — это химические соединения, которые добавляются в воду для замеса бетона для понижения точки замерзания водного раствора. Необходим для бетонирования в холодную погоду. Его можно использовать даже при температурах до -30 ^o C.

Стандартные требования для бетонирования в холодную погоду

ACI 306-R10, таблица 5.1 определяет минимальную температуру , которую необходимо поддерживать при смешивании, укладке и выдержке бетона. В первую очередь это зависит от стадии бетонирования, температуры окружающей среды и толщины бетонного элемента. Для более тонких элементов требуется более высокая степень контроля, поскольку изменение температуры по глубине не будет значительным.

Таблица 5.1 Рекомендуемые температуры бетона ACI 306-R для бетонирования в холодную погоду Код

также определяет период защиты , в течение которого должна поддерживаться рекомендуемая температура бетона.Как упоминалось выше, срок защиты зависит от условий эксплуатации после бетонирования, пока бетон не достигнет желаемой прочности. Обеспечение контроля температуры имеет решающее значение для снятия опалубки, поскольку прирост прочности при бетонировании в холодную погоду будет отличаться от обычного бетонирования.

Период защиты для холодного бетонирования

Проблемы при холодном бетонировании:

Есть две основные проблемы холодного бетонирования:

1. Он замерзает до того, как наберет достаточную прочность.
2. Застывание бетона происходит медленно. Поскольку тепло является катализатором гидратации бетона, чем меньше тепла, тем медленнее схватывается.

Обычно бетон не может развить прочность с приемлемой скоростью при температуре ниже 5 ° C. Когда свежий бетон подвергается циклу замораживания или замораживания-оттаивания, возникает несколько проблем. Образование льда в пасте цементного раствора разрушает пасту, и образуются линзы льда. Прочность бетона снижается на 20-40%.

Бетонирование — Фото Родольфо Кироса на Pexels.com

Прочность можно снизить до 50%, если замерзание происходит до достижения прочности бетона на сжатие 500 фунтов на квадратный дюйм. Связь между бетоном и арматурой уменьшена на 70%. Также снижается коэффициент долговечности. Кристаллы льда могут создавать пористость затвердевшего цемента. Чтобы бетон не замерзал, в холодную погоду добавляют антифризы. Это помогает избежать образования трещин под воздействием тепла и обеспечивает достаточную прочность для безопасного снятия опалубки.

Методы, применяемые при бетонировании в холодную погоду:

Есть несколько способов бетонирования в холодную погоду.

1. При использовании нагретой воды или нагретых заполнителей для быстрого запуска реакции гидратации.
2. За счет увеличения содержания цемента. Поскольку тепло гидратации возникает из-за экзотермической реакции бетонной смеси, использование большего количества цемента приведет к большему выделению тепла.
3. Используя высокопрочный цемент. Он содержит большое количество C ₃ S и C ₃ A, что приводит к более быстрой настройке.Тип III — высокопрочный портландцемент.
4. Обеспечивая надлежащую изоляцию, позволяющую удерживать тепло в бетоне. Можно использовать одеяла и доски.
5. С использованием обогреваемой опалубки. Поскольку свежий бетон не может сцепляться с мерзлым бетоном, нагретая опалубка предотвращает замерзание.

Некоторые передовые методы бетонирования в холодную погоду:

1. С использованием добавок антифриза, снижающих температуру замерзания водной смеси.
2. Используя мочевину. Повышает удобоукладываемость и предотвращает замерзание.Но он не эффективен при температуре ниже -5 градусов по Цельсию.
3. Используя ускорители, ускоряющие схватывание и твердение. Его можно использовать в таблетках.

Здесь речь пойдет о добавках к антифризу.

Химический состав противоморозной добавки:

Антифризные добавки имеют две цели: снижение точки замерзания водного раствора и ускорение схватывания и твердения бетона при низкой температуре.

Существует две группы добавок к антифризу:

Первая группа:

Сюда входят химические вещества, слабые электролиты, нитрит натрия, хлорид натрия и неэлектролитические органические соединения.

Вторая группа:

Сюда входят калийные добавки и добавки на основе хлорида кальция, нитрита натрия, хлорида кальция с нитритом натрия, нитрит-нитрат-мочевина кальция и другие химические вещества.

Первая группа имеет слабые свойства ускорения схватывания и твердения. Зато вторая группа обладает эффективными разгонными свойствами.

Но добавки следует использовать в правильной пропорции. Например, 2% хлорида кальция работают как ускорители, но увеличение количества до 9% может действовать как замедлители схватывания и увеличить время схватывания.

Как работает антифриз:

Точки замерзания и кипения являются неотъемлемыми свойствами жидкости. Это означает, что они зависят от концентрации растворенных веществ. Замораживание означает, что жидкость становится жесткой кристаллической структурой. Когда добавляется антифриз, трудно замедлить молекулы до их последовательной точки замерзания. Различные типы молекул блокируют силы притяжения раствора. Значит точка замерзания угнетает.

Как использовать добавки для бетонирования в холодную погоду

Антифризы могут быть порошковыми или жидкими.Сначала его добавляют в воду или предварительно замешанный цементный раствор. Дозировки зависят от химического типа добавок. Затем его однородно перемешивают не менее 60 секунд. Хотя время зависит от смесительного устройства. После укладки свежий бетон необходимо как следует затвердеть.

Но перед использованием в строительстве необходимо проверить дозу добавки в бетонном растворе определенной пропорции в лаборатории. Вот пример дозирования 2-х добавок антифриза при разных температурах.

Дозировка при различных температурах 2 добавки антифриза

Основные производители добавок для антифризов и бетонных смесей для холодной погоды

Из-за географического положения производство добавок для антифризов базируется в Северной Америке, Латинской Америке, Азиатско-Тихоокеанском регионе, Европе, Ближнем Востоке и Африке. Азиатско-Тихоокеанский регион доминирует на рынке добавок к антифризу, поскольку уровень их потребления очень высок.

Одними из ведущих мировых рынков антифризов являются BASF SE, немецкая транснациональная химическая компания, Fosroc constructive solution, глобальный производитель химикатов для строительной промышленности в Великобритании, Sika AG (швейцарская многонациональная химическая компания), Ashland Global Specialty Chemicals Inc.(американская химическая компания), компания Arkema Chemicals.

SikaCem® winter — жидкий продукт Sika AG. Каждый пакетик содержит 500 мл добавок. Срок годности 24 месяца. Это стоит почти 5 фунтов стерлингов.

Преимущества антифриза перед другими методами

Добавки антифриза улучшают качество бетона. По данным Ратинова и Розенбурга, при температуре -10 градусов Цельсия прочность на сжатие простого бетона через 28 дней составляет 18,1 МПа, тогда как для бетона с добавками — 49.9 МПа. Увеличивает скорость раннего развития силы.

Прирост прочности и бетонирование в холодную погоду

Добавки для защиты от замерзания позволяют поместить бетон в холод и дать ему остыть, развивая при этом приемлемую прочность. Так что там, где массивная конструкция холодная, возможен стык в сборной железобетонной конструкции, ремонт дамб, тоннелей.

Выбор антифризов зависит от типа конструкции, методов защиты, используемых при зимнем бетонировании, типов цемента и заполнителей, пропорции цемента и заполнителей.Эта добавка улучшает пластичность цемента. Повышает сцепляемость и сводит к минимуму образование полос песка.

При строительстве зданий плиты перекрытия и стены могут быть размещены без необходимости во временном укрытии, поскольку добавки антифриза ускоряют схватывание и твердение. Он также может сэкономить большие затраты на строительство, чем обычные методы бетонирования для холодной погоды .

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

.