Автор Расширяющийся раствор (цемент)
Оглавление статьи:
Современный рынок стройматериалов непрерывно развивается, предлагая потребителям все новые и новые продукты широкой функциональности. Наиболее интересным по свойствам и эксплуатационным характеристикам является уникальный раствор, называемый в среде строителей и ремонтников расширяющимся цементом. Используемый в ремонтно-восстановительных работах для заполнения пустот, поврежденных участков, в бетонных конструкциях, кирпичной кладке и цементных слоях.
Расширяющийся раствор – особенный вид цемента, который при добавлении определенных компонентов увеличивается в объеме. Возведение монолитных железобетонных конструкций, строительство подземных сооружений – это далеко неполный перечень задач, с которыми легко справляется данный состав. Несмотря на высокую цену, он оптимален в качестве восстановительного материала, применение которого значительно снижает затраты на другие средства.
Универсальность этого средства делает его идеальным материалом для любого капитального или косметического ремонта, гидро и термоизоляции.
Что входит в состав и как работает?
В основу материала входят глиноземистые материалы с расширяющими компонентами: сульфаты алюминия и хлористого кальция, гидросульфолюмипат кальция, гидрат окиси магния и другие элементы, обеспечивающие прочностные характеристики раствора.
Механизм действия материала выглядит следующим образом: сложные химические соединения под воздействием влаги вступают в реакцию распада, за счет чего раствор увеличивается в объеме. Так, порошок превращается в строительный материал, способный:
- качественно заполнить трещины разной величины;
- использоваться в качестве финишной штукатурки, повышающей адгезию;
- выдерживать атмосферным изменения и химическое воздействие.
Главное преимущество расширяющегося раствора заключается том, что он засыхает, не давая усадки. Именно такое свойство обеспечивает возможность нанесения слоя толщиной до 10 см, который схватится и высохнет в течение суток.
При большом количестве плюсов саморасширяющийся раствор имеет минусы в виде высокой стоимости, засилья подделок на современном рынке стройматериалов и узком профиле использования материала.
Где применяется?
- склеивание железобетонных элементов;
- заполнение микро и макротрещин;
- изготовление наружной штукатурки для стен.
Обладая отличными свойствами сцепления поверхностей, расширяющийся цементный состав моментально впитывается в материал основы, заполняя поры конструкции изнутри.
При работе с материалом не требуются особенные навыки. В качестве катализатора используется обычная вода, а сама смесь, затвердевает в течение суток.
Сфера применения такого материала в основном распространяется на промышленные объекты: водохранилища (дамбы, плотины, бассейны, колодцы) и водонапорные элементы, а также стяжки полов, фундаменты, цоколи и подвалы, где работа обычными материалами невозможна из-за повышенной влажности.
Обладая высоким гидроизоляционным коэффициентом, расширяющийся состав используется для возведения монолитных сооружений.
Quellmörtel Extra и техника работы с ним
Quellmörtel Extra от немецкой компании Bostik ТМ HeyDi – расширяющийся быстроотвердевающий ремонтный безусадочный раствор, предназначение которого – заделка выбоин и дефектов в цементной штукатурке и бетоне, каменной кладке и других поверхностях, требующих заполнения полостей и трещин. Это сухая строительная смесь серого цвета, в основе которого находится цемент и армирующие волокна. Высокая прочность, хорошая адгезия, быстрота отвердения и полностью отсутствующий усадочный период – далеко не полный перечень преимуществ этого современного материала.
Самый удобный формат расширяющегося раствора Quellmörtel Extra – 25 килограммовый мешок, средний расход сухой смеси составляет 1,7 кг на 1 л заполняемого пространства.
Приготовление смеси
Расширяющийся раствор Quellmörtel Extra разводится водой из расчета 25 кг порошка на 4 литра воды, перемешивается для однородной пластичной консистенции и наносится на подготовленное основание. Срок «жизни» смеси составляет 30 минут, поэтому работать следует оперативно, ведь на 45 минуту раствор начинает отвердевать, после чего любые манипуляции бесполезны. Рабочая температура в помещении должна быть не меньше +5 и не больше +30 градусов, а основание должно быть не мокрым, а слегка увлажненным.
Компенсация усадки бетона с материалами MAPEI / Статьи
25.09.2011
| ООО «StroyServis.
Su»
| 6027 просмотров
Одной из главных причин сокращения сроков службы бетона является снижение его трещиностойкости, в особенности образование усадочных трещин.
Компенсация усадки бетона с комплексной системой добавокПроектирование состава бетона с определенными соотношениями компонентов позволяет повысить качество этого материала, его водонепроницаемость, трещиностойкость, морозостойкость.
— использование расширяющих цементов;
— использование добавок, компенсирующих усадку;
— использование бетонов с низким содержанием цемента в растворе;
— использование бетонов с уменьшенным содержанием песка;
— уход за бетоном.
Изменения объёма происходят из-за испарения воды как в свежем, так и в затвердевшем бетоне . Потеря влаги в свежем бетоне вызывает его пластическую усадку и образование трещин на поверхности. К этому же результату может привести испарение воды из затвердевшего бетона, хранящегося в условиях с ненасыщенным воздухом, который является смесью сухого воздуха и перегретого водяного пара.
Физико-химические процессы схватывания и твердения обычных цементов сопровождаются суммарной усадкой, выражающейся в уменьшении внешнего объёма цемента на протяжении длительного периода.
Железобетон имеет в 2 раза меньшую усадку, чем обычный бетон, но усадка железобетонных конструкций полностью не заканчивается даже через 15 лет. При этом отмечено уменьшение предварительного напряжения у бетонов, твердеющих на воздухе, на 38–45 % от исходной величины.
Напряжения, вызываемые усадкой, приводят к снижению трещиностойкости и, как следствие, долговечности железобетонных конструкций. На величину усадки влияет ряд факторов: объемные изменения в цементном камне, плотность заполнителя, возможная адсорбция воды, влажность окружающей среды, атмосферные условия (температура, скорость ветра), отношение объема бетона к его поверхности.
Длительная влажностная обработка бетона замедляет процесс усадки, но её суммарная величина меняется не существенно. С другой стороны, длительная влажностная обработка помогает избежать формирования трещин благодаря высокой прочности на растяжение при изгибе и на сжатие в проектном бетоне.
Высыхания бетона, хранившегося в ненасыщенном воздухе, избежать нельзя. Нулевая усадка в бетоне возможна только при 94% влажности окружающей среды, которые не являются обычными явлением в процессе строительства.
Компенсация усадки
Для компенсации усадки и предотвращения возникновения трещин необходимо придерживаться следующих основных требований:
1. использовать бетонные смеси с пониженным содержанием цемента;
2. применять расширяющий цемент или расширяющую добавку;
Снижение расхода цемента в бетоне достигается путем уменьшения водоцементного отношения, это достигается введением в состав водоредуцирующих/пластифицирующих добавок.
Расширяющийся цемент или расширяющиеся добавки увеличиваются в объёме после схватывания и на ранних этапах твердения (до 7 суток).
На рис.1 показаны характеристики напряжения компенсирующей усадки и стандартного бетона.
Уход за бетоном включает в себя определенные меры, тепло и гидроизоляция, позволяющие удержать внутри бетона необходимую для гидратации воду. Метод ухода за бетоном, не требующий внешней обработки и дополнительного увлажнения поверхности, был предложен 11 лет назад. Он основан на введении в бетонную смесь водорастворимых химических соединений, уменьшающих испарение воды при выдерживании бетона в сухих условиях, а также миграцию воды в нижерасположенные слои. Водорастворимые полимеры, содержащие гидроксильные (-ОН) и эфирные (-О-) функциональные группы, способствуют удержанию воды в бетоне и повышают степень гидратации цемента. Внутренний уход за бетоном становится еще более эффективным, когда при приготовлении бетонной смеси используются пуццолановые добавки (микрокремнензем, зола уноса, метакаолин, обожженные сланцы, глины и тонкомолотые легкие заполнители).
Добавка, снижающая усадку (SRA), является органическим водорастворимым гигроскопичным соединением. Она уменьшает поверхностное напряжение, тем самым приостанавливая испарение влаги, поэтому внутреннее лечение сопровождается компенсацией усадочных деформаций.
В настоящее время компания «Мапеи» проводит исследования системы Mapecrete, направленной на снижение усадочных деформаций. Она предусматривает использование трех добавок:
1) Dynamon SR5 – водоредуцирующая/суперпластифицирующая добавка;
3) Mapecure SRA – добавка для внутреннего ухода, снижающая скорость испарения влаги из бетона и ускоряющая реакции гидратации в бетонах/растворах.
Эффективно компенсировать усадку возможно, применяя комплексную систему добавок.
Dynamon SR5 – суперпластифицирующая добавка, представляющая собой 19,8% водный раствор акриловых полимеров (без формальдегидов). Полимеры эффективно диспергируют цементные гранулы и способствуют медленному росту кристаллов при гидратации бетона.
Expancrete – расширяющийся порошок, отвечающий за компенсацию изменения объема раствора портландцемента и бетона.
Mapecure SRA – добавка, снижающая поверхностное натяжение воды в капиллярных порах. Состав материала позволяет снизить трещинообразование на начальном этапе и обеспечить низкий уровень окончательной усадки. Добавка снижает карбонизацию бетона и интенсивность проникновения ионов хлора, повышая таким образом долговечность железобетонных конструкций.
Компенсация усадки бетона с комплексной системой добавок. Данные, полученные в результате экспериментов
Лабораторные испытания были проведены в университете технологии и экономики г. Будапешт, в департаменте строительных материалов и инженерной геологии. Детальное исследование эффекта усадки проводилось на образцах в возрасте 90 суток, при этом использовались три различных состава бетонных смесей: самоуплотняющийся бетон (SCC), высокопрочный бетон (HSC), водонепроницаемый бетон.
Подробная информация о бетонных смесях представлена в таблице 1.
Экспериментальные результаты
В ходе испытаний было установлено, что комплексная система добавок значительно влияет на снижение усадки бетонов для всех трех исследуемых бетонных смесей (табл. 2).
Начальное расширение у всех бетонов наблюдается на первые и вторые сутки твердения.
Эксперименты показали, что механизм компенсации усадки для различных видов бетонов имеет одну и ту же природу. Тем не менее, темпы и масштабы усадки сильно зависит от фактического составов бетонов.
В бетоне с высокой водонепроницаемостью компенсация усадки была незначительной благодаря пониженному содержанию цемента. В возрасте 90 дней усадка бетона была снижена до 0,14% за счет введения системы комбинированных добавок, что представлено на рис. 2.
В высокопрочном бетоне (HSC) наблюдается высокая ранняя прочность и снижение компенсации усадки до пятого дня (рис.3). В результате нет первоначального расширения, поэтому не отмечено снижения прочности к 90 суткам, а усадка, составляет 0,22%.
В самоуплотняющемся бетоне (SCC) гранулированный известняк обеспечивает самоуплотнение смеси, что позволяет компенсировать усадку расширением на протяжении длительного времени (рис.4).
Экспериментально установлено, что в раннем возрасте, возрасте 28 дней и 90 дней прочность на сжатие увеличивается за счет использования системы комбинированных добавок. Для бетонных смесей на цементе CEM II (состав HSC) увеличение ранней прочности составляет 100% (рис. 5). Нарис. 5 представлены результаты испытания образцов бетонов без защиты поверхности, хранящиеся в лабораторных условиях в течение 90 дней.
В бетонных смесях с цементом CEM III (состав W и состав SCC) набор прочности в раннем возрасте не наблюдается, при этом проектная прочность бетона к 90 суткам достигнута не была (рис.6 и рис.7). Это обусловлено совокупными действиями компенсации усадки и самозалечиванием с помощью комплексной системы добавок.
Самоуплотняющий бетон оказался наиболее чувствительным к действию кюринга (лечения), несмотря на внутреннее залечивание, обеспеченное действием гранулированного известняка.
Прочность на сжатие в 90 дневном возрасте у бетона, твердевшего в воде, самая высокая трех бетонных смесей (рис. 7). Повышенное содержание мелкодисперсных частиц в составе SCCприводит к значительному усыханию бетона.
Результаты показывают, что должного уровня прочности при использовании только комбинированной системы добавок в стандартных самозалечивающихся бетонах использования достичь нельзя.
Выводы
В настоящее время компания «Мапеи» проводит анализ экспериментальных данных, полученных при исследовании системы Mapecrete.
Результаты исследований трех различных бетонных смесей показывают, что комплексная система добавок снижает усадку. Было установлено, что компенсация усадки наиболее ярко выражена в чувствительных к усадке бетонах. Прочность на сжатие у бетонов с комплексной системой добавок увеличилась, вместе с тем необходимый уровень прочности у бетонов, выдержанных в стандартных условиях, не может быть достигнут только за счет использования комплексной системы добавок в качестве замены внешнего ухода за бетоном.
Полученные результаты указывают на необходимость дальнейших исследований эффекта компенсации усадки.
О цементе
Цемент (нем. Zement, от лат.Caementum – щебень, битый камень), один из важнейших и наиболее покупаемых строительных материалов. Он применяется для изготовления различных сортов бетонов, строительных растворов, железобетонных и бетонных изделий.
Цементы классифицируются по следующим признакам:
•По виду клинкера и вещественному составу
•По прочности
•По скорости твердения
•По срокам схватывания
•По объемной деформации при твердении
•По тепловыделению
•По декоративным свойствам
•По сульфатостойкости
Марки цемента
Различают множество видов цемента, ориентированных на узкоспециальное применение.
К основным его видам можно отнести: портланд цементы (универсальные марки), пуццолановые и шлаковые, глиноземистый, напрягающий (цемент НЦ), специальные виды (огнеупорный, кислотоупорный и другие).
Портланд цемент является наиболее распространённым и используемым видом. Существуют специальные его разновидности: с умеренной экзотермией, гидрофобный, быстротвердеющий, белый, цветные сорта.
Маркировка
В маркировке портланд цемента указываются две основные характеристики:
-величина максимальной нагрузки в кГ/см, обозначается буквами М, ПЦ, ШПЦ;
-процентное содержание добавок, обозначается буквой Д.
Например, М400 Д20 – портланд цемент, выдерживающий максимальную нагрузку 400 кГ/см, и содержащий 20% добавок.
Наиболее востребованными марками портланд цемента являются М500 и М400; определяющими факторами для их приобретения являются приемлемая цена и универсальность применения.
Цемент М500
Цемент М500, цены на который не намного выше, чем на ПЦ 400, незаменим при строительстве любого объекта – от небоскреба до маленького дачного домика. Это – цемент для фундамента, это – основа для строительных растворов, и связующая основа для бетона.
Очень широка сфера применения цемента М 500Д0.Цемент М 500Д0 применяется при производстве ответственных бетонных и железобетонных конструкций в промышленном строительстве, где предъявляются высокие требования к водостойкости, морозостойкости, долговечности. Применение цемента 500Д0 наиболее эффективно при проведении аварийных ремонтных и восстановительных работ ввиду высокой начальной прочности бетона.
Цемент пц500 д20 часто применяется при промышленном и жилищном строительстве. Его отличительными свойствами является водостойкость, морозоустойчивость и пониженная сопротивляемость к коррозийным воздействиям. Цемент м500 д20 часто применяется для изготовления бетонных и строительных растворов, штукатурных, кладочных работ, а также для производства сборного железобетона, фундаментных блоков, балок, плит перекрытий и других строительных материалов.
Внимание!
Хранить цемент 500 следует в сухих местах, в плотно закрытых мешках, не допускать попадания влаги.
Срок хранения цемента м500 составляет 6 месяцев. При ненадлежащих условиях хранения цемент м500 быстро теряет свои свойства. Наша компания гарантирует качество и марку цемента м500 в течении 60 дней после отгрузки.
Цемент ПЦ 400
Цемент пц400 д0 используется для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций с применением термовлажной обработки, подземных, надземных и подводных сооружений, подвергающихся действию пресных и минерализированных вод. Эта марка цемента прекрасно подходит для изготовления бетонных и строительных растворов.
Цемент пц400 д5 содержит активные минеральные добавки (не более 5% в соответствии с ГОСТ 10178-85) что увеличивает его антикоррозийные и водостойкие свойства делая конструкции из него более устойчивыми к воздействию внешней среды.
Цемент пц400 д20 в основном применяется в промышленном, жилищном и сельскохозяйственном строительстве для производства железобетона, фундаментов, балок, плит перекрытий, дорожных плит, стеновых панелей и др.
Эта марка обладает хорошей водостойкостью и морозостойкостью.
Цемент пц400 д20 Б отличается от обыкновенного цемента 400 д20 более интенсивным нарастанием прочности в начальной период твердения. По ГОСТ 10178-62 цемент пц 400 д20 Б через 3 суток твердения в стандартных условиях в растворе 1:3 должен иметь предел прочности при изгибе не менее 40 кгс/см2 а предел прочности при сжатии не менее 250 кг/м3.
Водонепроницаемый напрягающий цемент НЦ-10, НЦ-20
Цемент НЦ – один из лучших видов расширяющих вяжущих цементов. Растворы и бетоны на его основе полностью водонепроницаемы, имеют повышенную коррозионную стойкость, морозостойкость. Область применения цемента НЦ – подвалы, подземные сооружения и емкости, бассейны, подземные гаражи.
Рациональные области применения портландцемента
Вид цемента | Основное назначение | Не применяется |
Портландцемент, гидрофобный и пластифицированный портландцемент | Для бетонных и железобетонных надземных, подземных и подводных конструкций | Для конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных вод, без специальных мер защиты |
Быстротвердеющий портландцемент | Для бетонных и железобетонных надземных, подземных и подводных сооружений в случае необходимости получения повышенной прочности бетона в ранние сроки и при условии обеспечения процессов укладки бетонной смеси специальным оборудованием, позволяющим уложить смесь в опалубку в течение 15 мин после изготовления | То же |
Шлакопортландцемент | Для бетонных и железобетонных, надземных, подземных и подводных конструкций, подвергающихся воздействию пресных вод в случае, если не предъявляются требования к нарастанию прочности бетона в ранние сроки | Для конструкций, подвергающихся систематическому многократному воздействию влаги и отрицательных температур |
Пуццолановый портландцемент | Для бетонных и железобетонных подземных и подводных конструкций, подвергающихся воздействию пресных вод и при сульфатной коррозии | Для конструкций, подвергающихся быстрому высыханию, увлажнению |
Сульфатостойкий портландцемент | Для бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию сульфатных вод при систематическом воздействии влаги и переменных температур | Для конструкций, не подвергающихся воздействию агрессивных вод |
Глиноземистые и гипсоглиноземистые цементы | Для бетонных и железобетонных конструкций в случае необходимости получения бетона высоких марок в ранние сроки, а так же для конструкций, подвергающихся систематическому воздействию влаги и переменных температур. | Для надземных и подземных конструкций, в которых температура бетонов может в процессе твердения подняться свыше 25 ? С |
Расширяющиеся портландцементы | Для бетонных и железобетонных надземных и подземных конструкций, где необходимы специфические свойства цемента | Для конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных вод |
Для получения жароупорных бетонов. Для бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию сернистых газовЦемент и его виды.
Основным материалом для строительства на протяжении уже многих лет является цемент – вещество созданное искусственно с особыми вяжущими характеристиками. Цемент взаимодействует с водой (гидратация) и образует пластичную массу, которая со временем твердеет, набирает прочность и превращается в каменное тело. Данному материалу нашли применение в производстве прочных бетонов и разнообразных строительных растворов.
Основным преимуществом цемента является его способность становится твёрдым даже при повышенной влажности, в то время как известь или гипс затвердевают лишь на воздухе. Цемент получают путём смешивания меленого портландцементного клинкера и минеральных наполнителей, добавляемых для прочности.
Виды цемента
Цемент различают по его маркам и видам.
Быстротвердеющий цемент получают смешиванием минеральных добавок и портландцемента. Данный цемент очень быстро схватывается и интенсивно затвердевает. Особый состав минеральных добавок придаёт прочность такому цементу. Разнообразные конструкции из железобетона изготовлены именно из БТЦ. Его ещё применяют при ускоренном строительстве. Возможен полный отказ от тепловлажной обработки готового бетона, если применять БТЦ.Cульфатостойкий цемент получают путём снижения содержания в цементе алюмината кальция. Такой цемент производят как с применением активных добавок, так и без них. Цемент с активными добавками используют для улучшения свойства цемента.
В процессе помола клинкера в смесь добавляют активные добавки. Они абсорбируются на цементе и образуют невидимую плёнку, которая отталкивает частицы цемента друг от друга. Тем самым повышается удобоукладываемость и подвижность цемента.
Цемент с гидрофобизирующими добавками. Благодаря таким добавкам цементная смесь в течении 5 минут не впитывает жидкость, а также уменьшается водопоглощение и водопроницаемость бетонов.
Белый цемент. Данный цемент белого цвета. Он изготавливается из глины и известняка с небольшим количеством красящих веществ, таких как железа, марганца и титана.
Цветной цемент (пигментный). Данный цемент имеет характерный цветовой оттенок. Такой эффект достигается путём введения малого количества органических и цветных минеральных пигментов во время помола клинкера.
Тампонажный цемент. Такой цемент используется для защиты грунтовых вод во время тампонирования скважин в местах нефтяной и газовой добычи. Поэтому он должен отвечать таким требованиям как отличная текучесть, устойчивость к колебаниям температуры, давления и т.
д.
Пуццолановый цемент. Этот цемент получают путём смешивания минеральных добавок и гипса минеральных добавок во время помола портландцементного клинкера. Он обладает стойкостью к пресным водам, сульфатостойкостью и очень быстро твердеет при воздействии высокой температуры. Однако при минусовой температуре он теряет твёрдость. Его применяют для изготовления подводных и подземных конструкций.
Шлакопортландцемент. Такой цемент состоит из молотого клинкера, гипса и гранул доменного шлака, составляющих от 20% до 60% всей смеси. Активность цемента уменьшается по мере увеличения процента содержания шлака. Это такие марки цемента как М300, М400 и М500. Прочность этого цемента медленно нарастает, у него хорошая устойчивость к агрессивным воздействиям. Однако шлакопортландцемент имеет малую экзотермию. Наиболее часто он используется в гидротехническом строительстве.
Известковошлаковый цемент. Его получают путём помола извести и шлаков, а также допускается вхождение в состав до 20% портландцемента и до 5% гипса.
Такой цемент имеет стойкость к сульфатным водам, но в воздушной среде его прочность резко уменьшается. Известковошлаковый цемент применяют для отделки(оштукатуривания стен) поверхностей, кладки и изготовления бетонов низких марок.
Глиноземистый. Такой цемент получают путём помола обожжённой смеси. Такая смесь состоит из оксидом кальция и материалов богатых глинозёмом. Он очень быстро затвердевает и в водной среде и на воздухе. Однако схватывается не сразу, имеет хорошие вяжущие качества, не содержит минеральных добавок и гипса, морозостойкость и плотность высокая, но усадка всё же маленькая. Его изготавливают такими марками как М400, М500, М600. На основе данного цемента получают жаропрочные бетоны.
Расширяющий цемент. Такой цемент даёт прирост объёма в растворах на их основе. Расширяющие добавки, которые в результате химической реакции между составляющими смеси вызывают расширение, являются основной данного цемента. Расширяющих цементов существует несколько. Одним из них является водонепроницаемый цемент, который получают из глинозёмистого цемента.
Его применяют для гидроизоляции водопроводных труб, заделывания трещин и расколов в железобетонных конструкциях.
Гипсоглиноземистый. Этот цемент используют для гидроизоляционной штукатурки и заделывания швов и т.д.
Напрягающийся цемент. Увеличивается в объёме при затвердевании, расширяется и создаёт в арматуре напряжение. Спустя сутки он достигает прочности 15 МПа, а через 30 дней порядка 50 МПа. такой цемент применяют там, где требуется высокая водная, газовая и паровая непроницаемость.
Expansive Cement — обзор
9.5.4 БЕЛИТ-АЛЮМИНОФЕРРИТ И СУЛЬФОФЕРИТОВЫЕ ЦЕМЕНТЫ
Сообщается, что гидравлическая сила C 4 AF зависит от условий образования, образования при более низких температурах (1200 ° C), что приводит к более гидравлический цемент. 27 Исследована гидратация чистого алюмоферрита кальция; 122 Обнаружено, что высокая прочность является результатом его гидратации. Цемент был сформирован путем плавления при 1360 ° C и затем гидратирован после охлаждения и измельчения с использованием 3% гипса (Таблица 9.
18) до 300 м 2 / кг. Высокая начальная прочность была получена из смесей с высоким содержанием железа, содержащих C 4 AF. 122 Гидратация C 4 AF, синтезированного твердофазной реакцией при 1200 ° C, была быстрее, чем гидратация C 4 AF, синтезированного из расплава. 124 Прочность на сжатие сообщается для ферритов, полученных раздельным обжигом чистых соединений; 123 ферриты обжигали при таких температурах, что содержание свободной извести уменьшалось до нуля (1230–1350 ° C).Предполагается, что в быстро обжигаемом материале существует больше структурных вакансий, чем в нормально обожженных продуктах, и это приводит к более высокой скорости гидратации и увеличению прочности. Исследования гидратации в системе C2F-C4AF-C4A3S ¯ показали, что C 4 AF гидратировался быстрее, чем C 2 F, и что присутствие C4A3S ¯ ускоряет гидратацию феррита. Было обнаружено, что характер ферритной фазы изменяется со скоростью охлаждения и содержанием Na 2 O; 125 соотношение Fe 2 O 3 / Al 2 O 3 в ферритной фазе увеличивается за счет медленного охлаждения и присутствия Na 2 O.
Гидратация образцов C 3 A и C 2 (A, F) (полученных экстракцией из портландцементов) показывает, что феррит гидратируется быстрее в присутствии сульфата кальция. Скорость реакции ферритной фазы в портландцементе увеличивается за счет присутствия 1–3% цитрата калия или карбоната калия или их комбинации. Были исследованы нормальный портландцемент и сульфатостойкий портландцементный клинкер. 126 Прочность цементных растворов на сжатие измеряли на призмах размером 40 × 40 × 160 мм между 4 часами и 28 днями; через 28 дней сила составила от 56 до 81.5 МПа. Увеличение силы было очень заметным в возрасте до 1 дня в присутствии цитрата.
Таблица 9.18. Прочность на сжатие (МПа) C 2 F и C 6 AF 2 123
| 3 дня | 7 дней | 28 дней | |
|---|---|---|---|
| R – C 6 AF 2 | 18,3 | 19,4 | 25,3 |
| O – C 6 AF 2 | 12. 2 | 14,7 | 24,2 |
| R – C 2 F | 6,1 | 8,8 | 22,0 |
| O – C 2 F | 0,7 | 0,9 | 14,8 |
R = быстрый нагрев, O = обычный нагрев.
Железистый боксит, известняк и гипс могут использоваться для производства (при 1350 ± 50 ° C) ферроалюминатного цементного клинкера в системе C-S-A-F-S. 127 Эти материалы относятся к группе специальных цементов, относительно низкое энергопотребление которых при производстве обусловлено главным образом низким содержанием CaO в их основных фазах, т.е.е. белита и алюмоферрита кальция, а также при более низких температурах клинкера. Минеральный состав C4A3S¯ (35–60%), C 4 AF (15–45%) и C 2 S (15–30%). Регулируя пропорции подачи, можно получить цемент с высокой начальной прочностью, расширяющийся или самонапрягающийся цемент. Цементы показали высокую устойчивость к сульфатам (испытано в течение 12 месяцев).
Энергозатраты на производство этих цементов составили около 65 процентов от того, что требовалось для производства портландцемента.Искажения решетки из-за примесей и низкой температуры горения способствуют их гидравлическим свойствам 128 . Прочность на сжатие высокопрочных цементов, производимых промышленным способом, составила 19,7 МПа через 1 день и 101,8 МПа через 3 дня. 127 Содержание Ca (OH) 2 в гидратированном цементе было низким, с pH затвердевшей пасты от 12 до 12,5; FH 3 присутствует в материале набора, оба фактора приводят к высокой сульфатостойкости.Температура обжига была низкой, около 1250 ° C, что обеспечивало хорошую шлифуемость; их свойства можно адаптировать, варьируя пропорции клинкерных минералов для получения либо высокой начальной прочности, либо расширяющихся цементов. Фазовый состав, например, китайского цемента 127 составлял от 15 до 45 процентов C 4 AF, 35–60 процентов C4A3S ¯ и 15–30 процентов C 2 S.
SO 3 содержание клинкера до 10%. 78 Обозначение C 4 AF не означает какой-либо конкретный член серии ферритовых твердых растворов.Увеличение содержания Fe 2 O 3 в сырье привело к снижению температуры клинкера.
Четырехкомпонентные клинкеры, содержащие Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CaO и SiO 2 с добавками SO 3 и MgO могут быть синтезированы при изменении Al 2 O 3 / Fe 2 O 3 при 1350 ° C с последующим медленным охлаждением или закалкой на воздухе. Когда это соотношение велико (1.75), сульфат сначала расходуется с образованием C4A3S¯ и фазы с высоким содержанием Fe 2 O 3 алюмоферрита (C 6 AF 2 ), несмотря на высокоалюминатный состав клинкера, а также β- и α′-белиты. Когда отношение Al 2 O 3 / Fe 2 O 3 низкое (<1,0), образуется белит и высокожелезистый феррит, C 6 AF 2 , содержащий значительные количества SO, в твердом растворе.
При увеличении добавок SO 3 количество C4A3S¯ и α’-белита увеличивается, в то время как количество фазы алюмоферрита уменьшается, и эта фаза становится более железистой.На гидравлический характер этих ферритов большое влияние оказывает скорость закалки. 128 Возможность образования C4F3S¯ не подтверждена. 128 Предел прочности на сжатие был измерен на кубах диаметром 10 мм при соотношении вода / цемент = 0,3, а степень гидратации была установлена с помощью количественной дифракции рентгеновских лучей. Измерения кинетики гидратации показали, что и белиты, и ферриты были более реактивными для клинкеров с более низким соотношением Al 2 O 3 / Fe 2 O 3 .Белиты в этих клинкерах содержали значительные количества SO 3 (3–4%) в твердом растворе и обладали сильно искаженной структурой. Максимальные значения прочности были получены, когда соотношение (C 4 AF или C4A3S ¯ равнялось 3: 1.
Были изучены продукты гидратации, образованные из кальциево-алюмоферритных цементов в присутствии гипса: 129 продукты гидратации были практически аналогичны образующимся из C 3 A. Fe (OH) 3 был обнаружен в виде гелевой фазы, и ионы Fe 3+ были включены в продукты гидратации AFm.
Гидратация сульфоферритов кальция и добавление сульфоферритного клинкера к портландцементу приводит к улучшенным свойствам цемента. 130 В системе C-F-CS ¯ образование клинкера начинается при 800 ° C с первоначальным образованием CF. В интервале 950–1205 ° C CF и CaSO 4 взаимодействовали с образованием моносульфоферрита кальция (C4F3S¯), который разлагается при 1205 ° C с образованием C3FS¯ в клинкерах с высокой основностью. CF медленно гидратируется с образованием C 3 FH 6 , который имеет небольшую прочность или не имеет никакой прочности.Коммерческие клинкеры, содержащие сульфоферриты, могут образовываться при температурах от 1200 до 1350 ° C для производства цементов, демонстрирующих высокую стойкость к морской воде и 28-дневную прочность> 80 МПа.
130
Фаза алюмоферрита имеет переменный состав, даже в пределах отдельных конкреций клинкера, 131 , и эта фаза может содержать ~ 10% масс оксида примесных ионов. 46 Гетеровалентное замещение в решетке приводит к значительному увеличению гидравлической активности и к почти аморфной структуре.Фаза алюмоферрита в портландцементном клинкере содержит значительные количества MgO, Mn 2 O 3 и TiO 2 . 46
Были исследованы цементы с высоким содержанием железа в системе C2S-C4A3S ¯; В таблице 9.19 приведены результаты начального расследования. 26 Цементы, обожженные при более низких возможных температурах клинкера (1200 ° C в течение 1 часа), показывают, что C 4 AF образуется с повышенной гидравлической активностью и практически без свободного CaO. Подобные экспериментальные цементы были снова приготовлены совсем недавно 132 из различных отходов; время схватывания составляло около 45 мин.
Клинкер очень легко измельчается, отчасти из-за очень низкой температуры обжига. Гидравлическая активность этих цементов тесно связана с плохой кристалличностью и высоким содержанием примесей, возникающих из-за низкой температуры образования. В качестве контроля схватывания добавляют известняк, а не гипс. Образующиеся гидраты представляют собой AFt, AFm, AH 3 и C-S-H; достигаются прочности в пределах 50–90 МПа в 1 сутки, с хорошей морозостойкостью.
Таблица 9.19. Состав и свойства модифицированных портландцементов 27
| Параметр | Элемент | Быстрое твердение | Нормальное | Медленное твердение | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| # 3 | # 6 | # 5 | # K b | # K a | ||
| Оксиды (%) | CaO | 48.3 | 49,0 | 51,8 | 52,9 | 55,8 |
| SiO 2 | 8,7 | 10,5 | 15,7 | 16,7 | 22,0 | |
| Al 2 3 | 18,4 | 16,3 | 13,1 | 11,3 | 8,2 | |
| Fe 2 O 3 | 13,2 | 9,9 | 5.0 | 9,9 | 5,0 | |
| SO 3 | 11,4 | 14,4 | 14,4 | 7,2 | 7,2 | |
| Процентный состав компаунда (%) | C 2 S | 25 | 30 | 45 | 50 | 65 |
| 20 | 20 | 20 | 10 | 10 | ||
| C 4 AF | 40 | 30 | 15 | 30 | 15 | |
| CS | 15 | 20 | 20 | 10 | 10 | |
| Площадь поверхности | Поверхность Блейна | 405 | 380 | 374 | 420 | 387 |
| Прочность растворов на сжатие (Н / мм) | 8h | — | 15.6 | 0 | 0 | 0 |
| 1 день | 34,8 | 28,3 | 9,5 | 5,6 | 5,2 | |
| 3 дня | 36,9 | 33,8 | 19,3 | 7,6 | 8,9 | |
| 7 дней | 37,4 | 35,7 | 27,1 | 11,7 | 12,4 | |
| 28 дней | — | — | 49,8 | 14.1 | 14,5 | |
| 90 дней | — | — | — | 21,4 | 22,4 | |
| 120 дней | 51,8 | 53,8 | 86,2 | — | — | |
Обзор цементов, образованных в системах с низким содержанием CaO, показал, что высокая начальная прочность может быть достигнута 20 для систем, содержащих определенные добавки, например TiO 2 , CaF 2 , CaCl 2 и CaSO 4 .
Приготовлены цементы, содержащие ряд соединений C 2 S, C4A3S¯, C 4 AF, CS¯h3 и свободный CaO. 20 , 110 , 127 Замечено, что свободная известь может содержаться в этих цементах, не приводя к повреждению. Исследования гидратации показали очень высокую начальную прочность (суточная прочность до 40 МПа) и хорошую прочность. Системы, включающие MgO, важны тем, что известняки и доломиты с высоким содержанием магния обычно доступны и обычно не используются при производстве портландцемента.Было обнаружено, что системы способны обрабатывать до 10 процентов MgO без расширения; высокая прочность была получена на довольно крупнозернистых цементах (250–300 м 2 / кг) (37 и 49 МПа на 1 и 28 сутки соответственно). 133 Природные необработанные минералы, состоящие из известняка, доломита, боксита, латерита и гипса, измельчаются и смешиваются для содержания 5–12 процентов MgO и 35–49 процентов CaO. Их обжигали в электрической печи при 1350 ° C до 35 мин. Присутствовали фазы β-C 2 S, C4A3S¯, C 4 AF, C4A3S¯, C 3 MS 2 и C 2 AS.При гидратации основным продуктом был эттрингит.
(PDF) Повышение трещиностойкости бетона при использовании расширяющихся цементов
Содержимое этой работы может использоваться в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 3.0. Любое дальнейшее распространение
этой работы должно содержать указание на автора (авторов) и название работы, цитирование журнала и DOI.
Опубликовано по лицензии IOP Publishing Ltd
Международная конференция по строительству, архитектуре и техносферной безопасности
IOP Conf.Серия: Материаловедение и инженерия 687 (2019) 022039
IOP Publishing
doi: 10.1088 / 1757-899X / 687/2/022039
1
Повышение трещиностойкости бетона при использовании расширяющихся
цементов
С. Самченко1 2
1 Кафедра технологии вяжущих и бетонов, Московский государственный (национальный
исследовательский) строительный университет, Ярославское шоссе, 26, Москва,
129337, Россия
2 Кафедра химической технологии композиционных материалов и цемента, Д .
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, 9, Миусская площадь,
Москва 125047, Россия
E-mail: [email protected]
Аннотация. Рассмотрена возможность улучшения основных свойств бетонных изделий за счет использования в качестве вяжущего смеси портландцемента
и сульфоалюмоферритового клинкера. Установлено
, что при гидратации вяжущего образуются алюминат и железистый эттрингит,
, повышающие прочностные свойства бетона при нормальном твердении и термической и
мокрой обработке за счет увеличения упрочняющей структуры.Основным признаком гидратации сульфоалюмоферритового клинкера
является стабильность железного эттрингита, обеспечивающего уплотнение бетонной конструкции
. Плотная структура структуры бетона, особенно зоны контакта
, при использовании сульфатированного клинкера обеспечивает безусадку бетона и исключает усадочные деформации
и тем самым увеличивает трещиностойкость образцов бетона.
1. Введение
Цементно-бетонные изделия и конструкции подвергаются воздействию многих факторов, определяющих их долговечность.
[1-10]. Эта проблема привлекла большое внимание многих ученых. Показано, что наиболее важными факторами, определяющими долговечность бетона, являются трещиностойкость [1,11-13], водонепроницаемость
[2,14-18] и морозостойкость [1,2,19,20]. Поскольку цемент является наиболее уязвимым компонентом бетона
, его состав и свойства, обеспечивающие требуемое качество бетона,
все еще являются предметом исследований. [21-23]. В основном учитываются два фактора: минералогический состав
и дисперсность цемента.В первом направлении основное обсуждение касается содержания
трикальцийалюмината, количество которого в клинкере предлагается уменьшить. Однако следует отметить, что на многих цементных заводах из-за характера химического состава сырых материалов
очень трудно получить клинкер с низким содержанием глинозема. Более того, согласно данным, известным в литературе
, цемент указанного состава имеет высокую пористость из-за медленной гидратации, которая
приводит к хрупкости цементного камня [2,19].
В последние годы создание высокопрочного и долговечного бетона связано с модификацией конструкции бетона
химическими добавками: пластифицирующими и воздухововлекающими [1,2].
В настоящее время термин «модификация» используется для более широкого спектра добавок, применяемых как в бетонной, так и в цементной технологии
, а также, при необходимости, для улучшения свойств изделий. К числу добавок
, улучшающих свойства бетона, следует отнести и расширяющие компоненты [24,25].
Тепловое расширение и сжатие
Тепловое расширение и сжатие ТЕПЛОВОЙ РАСШИРЕНИЕ И СЖАТИЕМатериалы расширяются или сжимаются при изменении температуры. Большинство материалов расширяются при нагревании и сжимаются при нагревании. охлаждение. Когда бетон свободно деформируется, он будет расширяться или сжиматься из-за колебаний. по температуре. Размер бетонной конструкции, будь то мост, шоссе или здание не делают его невосприимчивым к воздействию температуры.Расширение и сжатие при изменении температуры происходят независимо от площади поперечного сечения конструкций.
Бетон слегка расширяется при повышении температуры и сжимается при повышении температуры падает. Изменения температуры могут быть вызваны условиями окружающей среды или гидратацией цемента (экзотермический химический процесс, при котором цемент реагирует с водой в смеси бетона для создания вяжущего на основе гидрата силиката кальция и других соединений).Среднее значение коэффициента теплового расширения бетона составляет около 10 миллионных долей на градус Цельсия (10×10 -6 / C), хотя наблюдались значения в диапазоне от 7 до 12 миллионных долей на градус Цельсия. Это составляет изменение длины на 1,7 см на каждые 30,5 метра. из бетона, подвергшегося повышению или падению на 38 градусов по Цельсию.
Температурное расширение и сжатие бетона в основном зависит от тип заполнителя (сланец, известняк, кремнистый гравий, гранит), цементный содержание материала, водоцементное соотношение, температурный диапазон, возраст бетона, и относительная влажность окружающей среды.Из этих факторов совокупные тип имеет наибольшее влияние на расширение и сжатие конкретный.
Серьезные проблемы возникают в массивных конструкциях, в которых невозможно отвести тепло. Термическая усадка на поверхности бетона без соответствующего изменения в его внутренней температуре вызовет тепловой перепад и потенциально привести к растрескиванию. Изменения температуры, которые приводят к образованию жира, треснут конкретные элементы, которые удерживаются на месте или удерживаются другой частью конструкцией, внутренним усилением или грунтом.Для Например, длинная закрепленная бетонная секция может понизиться до температуры. При понижении температуры бетон имеет тенденцию к сокращению, но не может он ограничен по своей базовой длине. Это приводит к тому, что бетон становится напряженный, и в конечном итоге трещина.
Суставы — самый эффективный способ контроля
растрескивание. Если значительный участок бетона не обеспечен должным образом
разнесенные швы для компенсации температурных колебаний, бетон потрескается
в обычном режиме, связанном с температурой и сдержанностью директории.Контрольные стыки имеют канавки, формуются или выпиливаются на тротуарах, проездах и тротуарах.
тротуары, полы и стены, чтобы в этих стыках возникло растрескивание
а не случайным образом. Суженные суставы обеспечивают движение
в плоскости плиты или стены и вызвать растрескивание, вызванное термической усадкой
в заранее выбранных местах. Один из самых экономичных способов изготовления
Усадочный шов — это просто пропиливание непрерывного разреза в верхней части
плиту кладочной пилой.
Информация собрана Лоуренсом Грыбоски.
TILT-UP TODAY — Публикация Tilt-Up Concrete Association (TCA)
Автор: Марк Ленцков в субботу, 27 января 2018 г. · Оставить комментарий
Авторы: Чарльз Нмай, Марк Бери, Джозеф Дачко
Введение
Осенний выпуск журнала Tilt-Up Today за 2017 год. Сегодня предлагает статью, описывающую повторяющиеся трещины в наклонных стеновых панелях.В статье Робинсона, Хукса и Лоусона, озаглавленной «Проверка причины растрескивания панелей — тематическое исследование», были выделены два стандартных и основных фактора, определяющих растрескивание, не вызванное нагрузкой, а именно: потенциал усадки бетонной смеси и степень растрескивания. сдержанность, которую испытывает элемент. Также стоит отметить, что на конференции Tilt-Up Concrete Convention в Майами в сентябре этого года на одной из заключительных презентаций конвенции обсуждалось увеличение расстояния между стыками бетонных полов.Оба требуют понимания усадки бетона и ограничений. В этой статье мы предлагаем сосредоточиться на усадке бетона, предоставить общий обзор различных типов усадки бетона и обсудить влияние компонентов бетона и их пропорций на усадку. Мы считаем, что сначала имеет смысл разработать широкий, целостный взгляд на эту концепцию. Позже в следующей статье в Tilt-Up Today будет уделено внимание сдержанности и основам этих двух очень важных и своевременных тем.Большая часть приведенной ниже информации взята непосредственно из публикации «Бетонные технологии в фокусе — усадка бетона», опубликованной BASF Corporation.
Обзор
Необходимость адекватной удобоукладываемости для облегчения укладки и уплотнения бетона часто приводит к решению использовать большее количество воды для затворения, чем необходимо для процесса гидратации (реакция с портландцементом). Потеря части этой избыточной «удобной воды» из бетонной матрицы по мере ее затвердевания приводит к уменьшению объема, известному как усадка .Если уменьшение объема происходит до затвердевания бетона, это называется пластической усадкой . Уменьшение объема, которое происходит в основном из-за потери влаги после затвердевания бетона, известно как усадка при высыхании .
В дополнение к усадке при высыхании, затвердевший бетон может также испытывать уменьшение объема, такое как тепловое сжатие , автогенная усадка и усадка при карбонизации .
Из-за процесса гидратации температура свежего бетона в часы после замеса часто выше температуры окружающей среды.Величина повышения температуры зависит, среди прочего, от типа и количества используемого цемента, использования пуццоланов или шлакового цемента, размера бетонного элемента и температуры окружающей среды. Когда горячий бетон охлаждается до температуры окружающей среды, он сжимается, и именно это уменьшение объема называется термическим сжатием .
Автогенная усадка возникает в результате химических реакций, происходящих во время гидратации цемента.Это может быть значительным в бетоне с очень низким соотношением водоцементных материалов. Такой бетон может давать усадку без потери воды в окружающей среде. К счастью, величина автогенной усадки незначительна для большинства бетонов, укладываемых там, где усадка является проблемой.
Как следует из названия, усадка при карбонизации возникает, когда бетон становится карбонизированным, то есть когда гидроксид кальция в затвердевшей матрице химически реагирует с двуокисью углерода, присутствующей в атмосфере.Это приводит к образованию карбоната кальция и воды и, как следствие, уменьшению объема.
Основная проблема усадки бетона — это возможность растрескивания как в пластичном, так и в затвердевшем состоянии. В большинстве случаев вероятность пластической усадки и усадки при высыхании часто выше, чем у других типов усадки, упомянутых выше. Таким образом, в следующих разделах представлены более подробные сведения о механизмах возникновения этих двух типов усадки и влиянии ингредиентов бетонной смеси, условий окружающей среды, проектирования и строительства.
Пластическая усадка
Потеря воды из свежего бетона, которая приводит к пластической усадке, может происходить двумя способами: испарением и поглощением. Преобладающий режим — испарение с открытой поверхности. Скорость испарения воды обычно усугубляется сочетанием высокой скорости ветра, низкой относительной влажности и высоких температур окружающей среды и бетона. Хотя эти условия, скорее всего, присутствуют в летние месяцы, они могут возникнуть в любое время.Скорость, с которой отводимая вода переносится на поверхность бетона, будет влиять на возможность возникновения явления или формы растрескивания, обычно называемого пластическим растрескиванием при усадке . Сообщалось, что если скорость испарения с поверхности превышает примерно 0,1 фунт / фут2 / ч (0,5 кг / м2 / ч), потеря влаги может превысить скорость, с которой спускная вода достигает поверхности, тем самым приводя в движение механизмы, вызывающие пластическую усадку [1].
Бетон также может терять воду из-за поглощения основанием и в некоторых случаях опалубкой.Такая потеря воды может усугубить эффект испарения с поверхности. Принято считать, что потеря воды из пастообразной фракции бетона из-за внешних факторов создает отрицательное капиллярное давление, которое приводит к сокращению объема пасты и, следовательно, к усадке.
РИСУНОК 1 . Влияние температуры бетона и воздуха, относительной влажности и скорости ветра на скорость испарения поверхностной влаги из бетона [1].
Для использования этой диаграммы:
1.Начните с температуры воздуха, переходите к относительной влажности.
2. Перейдите вправо к температуре бетона.
3. Двигайтесь вниз до скорости ветра.
4. Двигайтесь влево и прочтите приблизительную скорость испарения.
В ACI 305R [2] рекомендуется принять меры против растрескивания при пластической усадке, если ожидается, что скорость испарения с открытой бетонной поверхности приблизится к 0,2 фунта / фут2 / час (1,0 кг / м2 / час). Скорость испарения для преобладающих условий окружающей среды можно оценить с помощью номограммы, показанной на рисунке 1.
Меры предосторожности для контроля пластической усадки включают корректировку бетонной смеси и использование проверенных строительных технологий. Может оказаться полезным снижение температуры бетонной смеси, особенно в жаркую погоду, или увеличение скорости ее схватывания. Последнее является одной из основных причин того, что ускоряющие добавки все чаще используются в засушливых юго-западных регионах, где преобладают условия для пластической усадки. Сообщалось также, что использование микросинтетических волокон является полезным в борьбе с растрескиванием при пластической усадке.
Эффективные методы строительства для контроля пластической усадки включают использование временных ветрозащитных экранов для снижения скорости ветра и использование солнцезащитных козырьков для снижения температуры поверхности бетона, а также укладку бетона в самое прохладное время дня. Но самый эффективный метод борьбы — не допустить высыхания бетонной поверхности до тех пор, пока не будут завершены отделочные операции и не начнется отверждение. В этом отношении может быть полезным использование средства для уменьшения испарения, временных влажных покрытий, водонепроницаемого покрытия или распылителя тумана.
Усадка при высыхании
Потеря влаги из бетона после его затвердевания (отсюда усадка при высыхании) неизбежна, если только бетон не полностью погружен в воду или находится в среде со 100-процентной относительной влажностью. Таким образом, усадка при высыхании — это обычное явление, которое заслуживает тщательного рассмотрения при проектировании и строительстве бетонных конструкций.
Фактические механизмы, с помощью которых происходит усадка при высыхании, сложны, но общепризнано, что они включают потерю адсорбированной воды из гидратированного цементного теста [3-5].Когда бетон первоначально подвергается условиям высыхания — при которых существует разница между относительной влажностью окружающей среды и относительной влажностью бетона — он сначала теряет свободную воду. В более крупных капиллярных порах это приводит к небольшой усадке или ее отсутствию. В более мелких капиллярных порах, заполненных водой (размером от 2,5 до 50 нм), из-за потери влаги образуются изогнутые мениски, и поверхностное натяжение воды растягивает стенки пор. Таким образом, внутреннее отрицательное давление возникает при образовании мениска в порах капилляров.Это давление приводит к сжимающей силе, которая приводит к усадке бетона. Продолжающаяся сушка также приводит к потере адсорбированной воды, изменению объема несдерживаемого цементного теста и увеличению сил притяжения между продуктами гидратации C-S-H, что приводит к усадке [5]. Сообщается, что толщина слоя адсорбированной воды увеличивается с увеличением влажности [5]. Следовательно, возможно, что более высокое содержание воды приведет к более толстому слою адсорбированной воды и, следовательно, к большей усадке при сушке.
Физически бетон, усадка при высыхании которого составляет около 0,05 процента (500 миллионных долей или 500 x 10-6), дает усадку примерно на 0,6 дюйма на 100 футов (50 мм на каждые 100 м). Проще говоря, это примерно 2 дюйма в длину футбольного поля. На усадку при высыхании влияет несколько факторов. К ним относятся характеристики ингредиентов бетонной смеси и их пропорции, методы проектирования и строительства, а также влияние окружающей среды.
Влияние ингредиентов бетонной смеси
В литературе имеются противоречивые данные о влиянии ингредиентов бетонной смеси на ее усадку при высыхании.Однако, несомненно, составляющими бетонной смеси, которые больше всего влияют на усадку при высыхании, являются вода и крупный заполнитель. Оба они оказывают сильное влияние на минимизацию содержания пасты.
На рис. 2 показано влияние общего содержания воды на усадку при сушке. Данные [7] показывают, что общая влажность бетонной смеси существенно влияет на ее усадку при высыхании. Например, предположим, что бетонная смесь имеет коэффициент цементации 708 фунтов / ярд 3 (420 кг / м3) и содержание воды около 320 фунтов./ ярд.3 (190 кг / м3) для водоцементного материала (в / см) с соотношением 0,45. На рисунке показано, что в среднем этот бетон будет иметь усадку при высыхании около 0,06 процента, и что это значение усадки можно уменьшить на 50 процентов за счет снижения содержания воды до 244 фунтов / ярд 3 (145 кг / м3), что соответствует 0,35 Вт / см. Следовательно, чтобы свести к минимуму усадку бетона при высыхании, общее содержание воды должно быть минимально возможным.
Вопреки распространенному мнению, что усадка увеличивается с увеличением содержания цемента, данные [7] для бетонов с содержанием цемента от 470 до 750 фунтов./yd.3 (от 280 до 445 кг / м3) показали, что содержание цемента мало влияет на усадку бетона. Общее содержание воды для этих смесей колеблется от 338 до 355 фунтов / ярд 3 (от 200 до 210 кг / м3), а осадки составляли от 3 до 4 дюймов (75 и 100 мм). Для практических целей также было обнаружено, что тип, состав и крупность цемента относительно мало влияют на усадку при высыхании.
РИСУНОК 2 . Влияние общего содержания воды на усадку при высыхании [7].
(Заштрихованная область представляет данные для большого количества смесей
различных пропорций.)
Влияние крупнозернистого заполнителя на усадку при высыхании двоякое. Во-первых, использование большого количества крупного заполнителя минимизирует общее содержание воды и пасты в бетонной смеси и, следовательно, минимизирует усадку при высыхании. Влияние соотношения заполнитель-цемент и водоцементного отношения на усадку при высыхании показано на рисунке 3. Рисунок ясно показывает, что при заданном водоцементном соотношении усадка при высыхании уменьшается по мере увеличения соотношения заполнитель-цемент.Например, при соотношении вода-цемент 0,40 уменьшение усадки при высыхании на 50 процентов было получено, когда соотношение заполнитель-цемент было увеличено с 3 до 5 (а также с 5 до 7).
РИСУНОК 3 . Влияние соотношения заполнитель-цемент и соотношение воды и цемента на усадку при высыхании [8]. (Данные для квадратного раствора размером 5 дюймов [125 мм] и образцов бетона, подвергшихся воздействию окружающей среды с относительной влажностью 70 ° F (21 ° C) в течение шести месяцев).
Во-вторых, усадка цементного теста при высыхании уменьшается за счет крупного заполнителя из-за его сдерживающего воздействия.Как и следовало ожидать, степень сдерживания, обеспечиваемая грубым заполнителем, зависит от типа заполнителя и его жесткости, общего количества используемого заполнителя и размера верха. Твердые, жесткие заполнители, такие как доломит, полевой шпат, гранит, известняк и кварц, трудно поддаются сжатию и обеспечивают большее ограничение усадки цементного теста. Поэтому эти заполнители следует использовать для производства бетона с низкой усадкой при высыхании.
Следует избегать использования песчаника и сланца, если требуется низкая усадка при высыхании.Также следует избегать заполнителей с глиняными покрытиями. Это связано с тем, что, помимо присущей ей усадки и влияния на потребность в воде, глина снижает сдерживающее действие заполнителя на усадку.
Действие добавок
Добавки являются неотъемлемой частью бетонных смесей, производимых сегодня. Их добавление в бетон обычно увеличивает объем мелких пор в продукте гидратации цемента. В результате исследования показали повышенную усадку при высыхании при использовании таких добавок, как хлорид кальция, шлаковый цемент и некоторые пуццоланы.Что касается водоредуцирующих добавок, ACI 212 сообщает, что информация об их эффектах противоречива [9], но может наблюдаться меньшая долговременная усадка, в зависимости от степени снижения содержания воды в бетоне. Уменьшение усадки при высыхании было получено в тех случаях, когда значительное снижение общего содержания воды было достигнуто за счет использования высокодисперсных водоредуцирующих добавок [10, 11]. Аналогичные результаты могут быть получены с добавками, снижающими уровень воды.
Конкретный пример уменьшенной усадки при высыхании с использованием высокодисперсной водоредуцирующей добавки (HRWRA) показан в таблице 1 для бетонных смесей с номинальным коэффициентом цементирования 600 фунтов / ярд 3 (356 кг / м3) и осадкой 9 дюймов (225 мм). Данные показывают, что через 84 дня уменьшение усадки при высыхании примерно на 30 процентов было получено с 18 жидкостью. унций / cwt (1170 мл / 100 кг) дозы HRWRA. Уменьшение количества воды при этой дозе составило примерно 30 процентов. Следовательно, средне- и высокодисперсные водоредуцирующие добавки могут быть полезными, если они используются для получения значительного снижения общего содержания воды.Было показано, что воздухововлекающие добавки практически не влияют на усадку при высыхании.
Величину усадки при высыхании можно значительно уменьшить за счет использования добавки, уменьшающей усадку. Добавки, уменьшающие усадку, действуют за счет уменьшения поверхностного натяжения воды в порах бетона. Это приводит к уменьшению капиллярного натяжения и растяжения стенок пор и, как следствие, уменьшению усадки при высыхании. Эти добавки успешно используются на строительных рынках Дальнего Востока и Северной Америки с момента их появления в 1985 году [12].
РИСУНОК 4 . Усадка бетона при высыхании с добавкой, уменьшающей усадку, и без нее.
В дополнение к добавкам, уменьшающим усадку, первая в своем роде добавка, уменьшающая трещины, обеспечивает лучшие характеристики при ограниченной усадке, что приводит к меньшей начальной ширине трещин [13] в дополнение к уменьшенной усадке бетона при высыхании.
Недавние исследования показывают, что добавки, уменьшающие усадку, могут быть полезны для уменьшения потерь воды при испарении из свежего бетона, для уменьшения автогенной усадки и, таким образом, для уменьшения растрескивания в раннем возрасте, будь то из-за пластической усадки или автогенной деформации [14].
Влияние практики проектирования и строительства
Расчетные параметры, которые больше всего влияют на усадку при высыхании, — это количество арматуры, а также размер, форма и отношение площади поверхности к объему бетонного элемента.
Стальная арматура уменьшит усадку бетона при высыхании из-за ограничений, обеспечиваемых сталью.
В тех же условиях окружающей среды небольшой бетонный элемент из-за его более высокого отношения площади поверхности к объему будет давать усадку больше, чем более крупный элемент.Чем больше площадь открытой поверхности, тем больше становится потеря влаги, а значит, вероятность усадки при высыхании. Следовательно, следует понимать, что усадка при высыхании, которая будет иметь место в реальных бетонных конструкциях, будет лишь частью той, которая была получена в лаборатории с помощью метода испытаний ASTM C 157 / C 157M.
Неправильные методы бетонирования, такие как повторный темперирование на стройплощадке, увеличивают усадку при высыхании из-за увеличения содержания воды в бетоне.Продолжительное влажное отверждение задерживает начало усадки при высыхании, но в целом продолжительность отверждения, как сообщается, мало влияет на усадку при высыхании [3]. Однако отверждение паром снижает усадку при высыхании.
Влияние факторов окружающей среды и времени
Как упоминалось ранее, потеря влаги из затвердевшего бетона, приводящая к усадке при высыхании, неизбежна, если только бетон не находится в среде со 100-процентной относительной влажностью. Этот сценарий, конечно, бывает редко, если бетон полностью не погружен в воду.На величину усадки при высыхании сильно влияет относительная влажность окружающей среды. Чем ниже относительная влажность, тем больше усадка при высыхании. Однако величина усадки при высыхании не зависит от скорости высыхания. Скорость высыхания, в свою очередь, не зависит от ветра или принудительной конвекции, за исключением ранних стадий воздействия. Это происходит из-за очень низкой влагопроводности бетона, из-за которой скорость испарения очень мала.
Величина усадки при высыхании также зависит от времени. Хотя основная часть усадки при сушке происходит в течение первых нескольких месяцев сушки, этот процесс продолжается годами. Данные всестороннего исследования, охватывающего период почти 30 лет, показали, что в среднем почти 50 процентов усадки при высыхании, полученной через 20 лет, происходит в течение первых двух месяцев сушки и почти 80 процентов — в течение первого года [15].
Эффекты усадки
Как указывалось ранее, основная проблема усадки бетона — это возможность растрескивания.Другими потенциальными проблемами являются скручивание плит и стабильность размеров бетонных элементов. Стабильность размеров обычно принимается во внимание при проектировании, и, если фактическая усадка не намного превышает расчетное значение, проблем возникнуть не должно. Растрескивание из-за усадки происходит в основном из-за удержания. Неудерживаемый бетон, например цилиндр размером 4 на 8 дюймов (100 на 200 мм), не будет трескаться из-за усадки. Как сказано во введении, в другой статье будут обсуждаться вопросы ограничения и механизма взлома.
Рекомендации
Усадка бетона, в частности усадка при высыхании, неизбежна; и из-за ограничения может произойти растрескивание. Однако при правильном бетонировании и строительстве усадка и последующее растрескивание можно свести к минимуму.
Контроль пластической усадки — Предотвратить высыхание поверхности свежего бетона до завершения отделочных работ и начала отверждения. Использование льда или охлажденной воды для снижения температуры замеса бетона и полипропиленовых волокон может быть полезным.По возможности в ветреные дни следует устанавливать временные защитные полосы, чтобы уменьшить скорость ветра. Чтобы снизить температуру поверхности бетона, можно использовать временные солнцезащитные козырьки. В засушливых регионах, где преобладают условия пластической усадки, следует рассмотреть возможность использования ускоряющих добавок и средства для уменьшения испарения.
Свести к минимуму усадку при высыхании — Поддерживайте общее содержание воды в бетонной смеси на минимальном уровне, практически достижимом для предполагаемого применения. Этого можно достичь, используя высокое содержание твердых, жестких заполнителей, не содержащих глиняных покрытий, а также добавляя водоредуцирующие добавки среднего или высокого уровня.Кроме того, бетон не следует подвергать повторной закалке на стройплощадке.
Рассмотрите добавки — Добавка, уменьшающая усадку, или добавка, уменьшающая трещины, уменьшит усадку при высыхании и скорость усадки бетона при высыхании. Кроме того, их использование улучшит сопротивление растрескиванию, уменьшит высоту скручивания и скорость скручивания, а также уменьшит раскрытие стыков и скорость раскрытия стыков. Как указывалось ранее, добавки, уменьшающие образование трещин, также обеспечивают лучшие характеристики при ограниченной усадке.
Заключение
Как уже говорилось, бетон подвергается различным видам усадки, начиная с момента укладки. Они слабо связаны с возрастом бетона, например, пластическая усадка происходит, когда бетон все еще пластичен, термическое сжатие в раннем возрасте может происходить в течение первых 24 часов, в то время как усадка при высыхании происходит в течение нескольких дней и недель. В конструкции наклонно-вверх панелей и в отношении растрескивания под ограничением нас в первую очередь интересуют термическое усадка в раннем возрасте и усадка при высыхании (и автогенная усадка, в зависимости от пропорций смеси), которые, вероятно, будут играть самую большую роль.Разработка бетонной смеси с низкой усадкой может помочь уменьшить растрескивание панелей в дополнение к расширению швов в плитах на земле. Как отмечалось ранее, содержание воды в смеси является основным фактором долгосрочной усадки при сушке. Однако использование смеси с низким содержанием воды для стены по сравнению с полом с требованиями ровности пола (FF) или ровности пола (FL) — это два очень разных предложения. Использование добавки, уменьшающей усадку, или добавки, уменьшающей трещины, позволяет уменьшить усадку при высыхании и контролировать ширину трещин, не доводя содержание воды до таких низких уровней, что бетон становится чрезмерно липким.Успешная разработка бетонных смесей с низкой усадкой требует хорошего взаимодействия между инженером, подрядчиком и производителем бетона, чтобы можно было выполнить все требования к характеристикам.
Список литературы
- Lerch, W. «Пластическая усадка». Труды журнала ACI, вып.
53, вып. 8, февраль 1957 г., стр. 797-802. - ACI 305R-10. «Бетонирование в жаркую погоду», Американский институт бетона
, 2010 г. - Невилл, А. Свойства бетона.4-е изд., John Wiley & Sons,
1996, стр. 844. - Mehta, P.K. Бетон — структура, свойства и материалы.
Прентис-Холл, 1986, стр. 450. - Миндесс, С., Дж. Ф. Янг и Д. Дарвин. Конкретный. 2-е изд., Pearson
Education, 2003, стр. 644. - ASTM C 157 / C 157M, «Стандартный метод испытания на изменение длины
затвердевшего гидравлического цементного раствора и бетона». Ежегодная книга стандартов ASTM
, т. 04.02, ASTM International, 2008. - Косматка, с.Х., М.Л. Уилсон. Проектирование и контроль бетонных смесей
. 15-е изд., Портлендская цементная ассоциация, 2011 г., стр. 444. - Lea, F.M. Химия цемента и бетона. 1-е американское издание
, Chemical Publishing Company, 1971, стр. 727. - ACI 212.3R-10. «Отчет о химических добавках для бетона».
Американский институт бетона, 2010 г. - Perenchio, W.F., D. A. Whiting, and D. L. Kantro. «Системы уменьшения воды
, потери оседания и захваченного воздуховода под действием суперпластификаторов
.Суперпластификаторы в бетоне,
SP-62, Американский институт бетона, 1979, стр. 137-155. - Lane, R.O., and J. F. Best. «Лабораторные исследования влияния суперпластификаторов
на инженерные свойства простого бетона и бетона из золы-уноса
». Суперпластификаторы в бетоне, SP-62, Американский институт бетона
, 1979, стр. 193-207. - Nmai, C.K., R. Tomita, F. Hondo, and J. Buffenbarger.
«Добавки, уменьшающие усадку». Concrete International, т.
20, вып.4, апрель 1998 г., стр. 31–37. - Nmai, C.K., D. Vojtko, S. Schaef, E.K. Аттиогбе и М.А.Бери.
«Добавка, уменьшающая образование трещин». Concrete International, т. 36, нет.
1, январь 2014 г., стр. 53–57. - Бенц, Д.П. «Влияние добавок, уменьшающих усадку, на ранние свойства цементных паст
». Журнал Advanced
Concrete Technology, вып. 4, вып. 3, октябрь 2006 г., стр. 423-429. - Трокселл, Г. Э., Дж. М. Рафаэль и Р. Э. Дэвис. «Длительные испытания на ползучесть
и усадку простого и железобетона.”
Труды ASTM, vol. 58, 1958, pp. 1101–1120.
% PDF-1.3 % 338 0 объект > эндобдж xref 338 255 0000000016 00000 н. 0000005470 00000 н. 0000005570 00000 п. 0000006968 00000 н. 0000007126 00000 н. 0000007210 00000 н. 0000007297 00000 н. 0000007386 00000 п. 0000007487 00000 н. 0000007548 00000 н. 0000007679 00000 н. 0000007740 00000 н. 0000007886 00000 н. 0000007947 00000 н. 0000008064 00000 н. 0000008125 00000 н. 0000008266 00000 н. 0000008327 00000 н. 0000008464 00000 н. 0000008525 00000 н. 0000008642 00000 н. 0000008703 00000 п. 0000008818 00000 н. 0000008879 00000 п. 0000008981 00000 п. 0000009042 00000 н. 0000009167 00000 н. 0000009228 00000 п. 0000009349 00000 п. 0000009410 00000 п. 0000009530 00000 н. 0000009591 00000 н. 0000009702 00000 п. 0000009763 00000 н. 0000009869 00000 п. 0000009929 00000 н. 0000010049 00000 п. 0000010109 00000 п. 0000010222 00000 п. 0000010282 00000 п. 0000010394 00000 п. 0000010454 00000 п. 0000010513 00000 п. 0000010572 00000 п. 0000012648 00000 п. 0000012703 00000 п. 0000012756 00000 п. 0000012811 00000 п. 0000012865 00000 п. 0000012920 00000 п. 0000012975 00000 п. 0000013030 00000 н. 0000013085 00000 п. 0000013140 00000 п. 0000013195 00000 п. 0000013250 00000 п. 0000013305 00000 п. 0000013360 00000 п. 0000013415 00000 п. 0000013470 00000 п. 0000013525 00000 п. 0000013580 00000 п. 0000013635 00000 п. 0000013690 00000 п. 0000013745 00000 п. 0000013800 00000 н. 0000013855 00000 п. 0000013910 00000 п. 0000013965 00000 п. 0000014020 00000 п. 0000014075 00000 п. 0000014130 00000 п. 0000014185 00000 п. 0000014238 00000 п. 0000014293 00000 п. 0000014348 00000 п. 0000014403 00000 п. 0000014458 00000 п. 0000014513 00000 п. 0000014568 00000 п. 0000014623 00000 п. 0000014678 00000 п. 0000014733 00000 п. 0000014788 00000 п. 0000014843 00000 п. 0000014898 00000 п. 0000014953 00000 п. 0000015008 00000 п. 0000015062 00000 п. 0000015117 00000 п. 0000015172 00000 п. 0000015227 00000 п. 0000015282 00000 п. 0000015337 00000 п. 0000015392 00000 п. 0000015447 00000 п. 0000015502 00000 п. 0000015557 00000 п. 0000015611 00000 п. 0000015665 00000 п. 0000015718 00000 п. 0000015773 00000 п. 0000015828 00000 п. 0000015883 00000 п. 0000015938 00000 п. 0000015993 00000 п. 0000016048 00000 н. 0000016103 00000 п. 0000016158 00000 п. 0000016213 00000 п. 0000016268 00000 п. 0000017537 00000 п. 0000017560 00000 п. 0000018898 00000 п. 0000019961 00000 п. 0000020165 00000 п. 0000021223 00000 п. 0000021421 00000 п. 0000021936 00000 п. 0000022394 00000 п. 0000023068 00000 п. 0000023551 00000 п. 0000024090 00000 п. 0000024634 00000 п. 0000025405 00000 п. 0000025859 00000 п. 0000026618 00000 п. 0000027137 00000 п. 0000027969 00000 н. 0000028504 00000 п. 0000029389 00000 п. 0000029945 00000 н. 0000030403 00000 п. 0000031154 00000 п. 0000031624 00000 п. 0000032521 00000 п. 0000032604 00000 п. 0000032692 00000 п. 0000033231 00000 п. 0000033770 00000 п. 0000034005 00000 п. 0000034488 00000 п. 0000035182 00000 п. 0000035677 00000 п. 0000036464 00000 н. 0000037397 00000 п. 0000038306 00000 п. 0000038577 00000 п. 0000039368 00000 п. 0000039456 00000 п. 0000040012 00000 п. 0000040324 00000 п. 0000040770 00000 п. 0000041578 00000 п. 0000042134 00000 п. 0000042592 00000 п. 0000043274 00000 п. 0000043960 00000 п. 0000044520 00000 п. 0000045271 00000 п. 0000046022 00000 п. 0000046728 00000 п. 0000047020 00000 п. 0000047551 00000 п. 0000048078 00000 п. 0000048617 00000 н. 0000049051 00000 н. 0000049725 00000 п. 0000050232 00000 п. 0000050946 00000 п. 0000051412 00000 п. 0000051968 00000 п. 0000052670 00000 п. 0000053360 00000 п. 0000053867 00000 п. 0000054589 00000 п. 0000055397 00000 п. 0000055965 00000 п. 0000056801 00000 п. 0000057308 00000 п. 0000057823 00000 п. 0000058574 00000 п. 0000059398 00000 п. 0000059881 00000 п. 0000060329 00000 п. 0000061259 00000 п. 0000062505 00000 п. 0000064306 00000 п. 0000066425 00000 п. 0000068236 00000 п. 0000069489 00000 п. 0000070414 00000 п. 0000071178 00000 п. 0000072003 00000 п. 0000072920 00000 н. 0000073857 00000 п. 0000075196 00000 п. 0000076767 00000 п. 0000078353 00000 п. 0000079810 00000 п. 0000081365 00000 п. 0000082700 00000 н. 0000083925 00000 п. 0000085073 00000 п. 0000086178 00000 п. 0000087400 00000 п. 0000088713 00000 п. 00000 00000 п. 0000091439 00000 п. 0000092833 00000 п. 0000094248 00000 п. 0000095398 00000 п. 0000096248 00000 п. 0000096620 00000 н. 0000096891 00000 п. 0000097280 00000 п. 0000097719 00000 п. 0000098349 00000 п. 0000099120 00000 н. 0000099996 00000 н. 0000100867 00000 н. 0000101566 00000 н. 0000102166 00000 н. 0000102691 00000 н. 0000103200 00000 н. 0000103709 00000 н. 0000104219 00000 п. 0000104734 00000 н. 0000105270 00000 п. 0000105927 00000 н. 0000106666 00000 н. 0000107423 00000 п. 0000108135 00000 п. 0000108825 00000 н. 0000109552 00000 п. 0000110224 00000 н. 0000110883 00000 н. 0000111454 00000 н. 0000111993 00000 н. 0000112572 00000 н. 0000113176 00000 н. 0000113760 00000 н. 0000114350 00000 н. 0000114965 00000 н. 0000115572 00000 н. 0000116182 00000 н. 0000116786 00000 н. 0000117330 00000 н. 0000117741 00000 н. 0000118091 00000 н. 0000118312 00000 н. 0000119891 00000 н. 0000119970 00000 н. 0000005711 00000 н. 0000006945 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 339 0 объект > эндобдж 340 0 объект IGg; \\ i / 21jKd3s $ C9) / U (/ X * DJh ⻘ SJ t4jn = Lu]) / P -60 / V 1 >> эндобдж 591 0 объект > транслировать KM {QRw? * NEWIQ7YXO7rZ7R> Nj6, T> ‘Q.~ РГ ~: \ ɭD5Uyx ? 1 ۖ Μd] «TSCFԋQOY0? P1 * + Ueo) 7 © X EpMp # C չ
Оценка растрескивания в бетоне: процедуры
Статья впервые появилась на Bluey Technologies
Почему в бетонных конструкциях образуются трещины
Бетон придает конструкциям прочность, жесткость и устойчивость к деформации. Эти характеристики, однако, приводят к тому, что бетонным конструкциям не хватает гибкости для перемещения в ответ на изменения окружающей среды или изменения объема. Растрескивание обычно является первым признаком повреждения бетона.Однако возможно ухудшение состояния до появления трещин. Растрескивание может происходить как в затвердевшем, так и в свежем или пластичном бетоне в результате изменения объема и многократного нагружения.
Это включает в себя растягивающие напряжения, нагружаемые на бетон, трещины возникают, когда сила превышает его максимальный предел прочности. Важно понимать причины возникновения трещин, тип образовавшейся трещины и влияние трещин на стабильность конструкции. Как только вы поймете эти моменты, вы можете предпринять соответствующие действия.Это может означать оставление трещины в покое, заполнение трещины подходящим материалом или применение других подходящих методов ремонта.
Оценка причин и статуса трещин
Важно определить основную причину возникновения трещин. Основная проблема заключается в том, влияют ли трещины на структурную целостность в результате снижения долговечности.
Важные моменты для оценки
Тип трещины дает полезную информацию, помогающую понять влияние трещины на структурную стабильность.На Рисунке 1 представлена сводная информация о различных типах трещин в бетоне и их возможных причинах. Статус трещины критически важен. Активные трещины могут потребовать более сложных ремонтных процедур, которые могут включать устранение фактической причины трещины, чтобы обеспечить успешный долгосрочный ремонт. Неспособность устранить первопричину может привести к краткосрочному ремонту трещины, в результате чего потребуется повторять тот же процесс. Спящие трещины — это трещины, не угрожающие устойчивости конструкции.
Условия окружающей среды трещины влияют на степень, в которой она влияет на целостность ее структуры. Более сильное воздействие агрессивных условий увеличивает возможность структурной нестабильности. Размеры трещин варьируются от микротрещин, из-за которых в бетоне образуется выцветание, до более крупных трещин, вызванных условиями внешней нагрузки. Определение размеров, формы и местоположения трещин может помочь в определении их первоначальных причин.
На рис. 2 показаны типы трещин и их основные причины в зависимости от их расположения.
Трещины в пластиковом бетоне
Трещины, образующиеся в пластичном бетоне, можно разделить на трещины из-за пластической усадки или трещины из-за пластической осадки. Эти типы являются результатом процесса просачивания и расслоения, который происходит при укладке свежего бетона. Такие трещины обычно появляются через 1-6 часов после укладки бетона.
Пластмассовая усадочная трещина
Когда более тяжелые частицы бетона оседают под действием силы тяжести, они выталкивают воду и более легкие частицы к поверхности.Это называется кровотечением. Если вы не сможете должным образом контролировать температуру, ветер и влажность, скорость испарения поверхностной воды может превысить скорость уноса, высушив поверхностный слой бетона и, следовательно, уменьшив его из-за обезвоживания. Однако бетон под поверхностным слоем все еще хорошо гидратирован и сохраняет свой объем. Это относится к противодействию растягивающим силам нижней части высыхающего бетона на поверхности, вызывая образование трещин в профиле бетона.
Эти пластические усадочные трещины обычно неглубокие и обычно имеют ширину от 1 до 2 мм, что означает, что их невозможно отремонтировать методом впрыска.Однако они могут самовосстановиться за счет постоянной гидратации цемента или осаждения карбоната кальция из бетона.
Если трещины шире 2 мм и не заживают самостоятельно, важно отремонтировать их с помощью подходящего покрытия или заливочного раствора, чтобы они не проникали на всю глубину бетонной плиты. Если они действительно станут активными, их реакция на напряжения может привести к дальнейшему растрескиванию, которое ослабит конструкцию либо напрямую, либо из-за воздействия на армирующую сталь загрязняющих веществ, которые со временем вызовут коррозию.
Пластиковые осадки трещины
Процесс урегулирования является важным фактором повышения прочности бетона. На рис. 2 показано, как образуются пластичные трещины оседания. По мере того, как бетон истекает кровью, вода выходит на поверхность. Затем происходит осаждение, когда заполнитель и цемент движутся вниз под действием силы тяжести. Это разделение образует более слабый слой бетона у поверхности. Если стальные арматурные стержни расположены близко к поверхности и недостаточно залиты бетоном, бетон изгибается вокруг ограничителя и трескается на вершине.Более глубокие участки бетона приводят к большему разделению осадка и воды, поэтому важно обеспечить адекватное покрытие всех поверхностных ограничений, чтобы уменьшить количество трещин.
Пластические оседающие трещины также могут возникать в формах, связанных с внезапным изменением глубины бетона, поскольку он оседает больше в глубоких участках, чем на мелких, вызывая растрескивание в точке изменения. Хорошим примером этого являются вафельные желоба, в которых глубина постоянно меняется по длине формы.
Растрескивание в затвердевшем бетоне
Трещины в затвердевшем бетоне могут возникать по любой из многих причин. Эти причины включают
(a) усадку при высыхании,
(b) термические напряжения,
(c) химические реакции,
(d) выветривание, которое включает нагрев и охлаждение и связано с термическими напряжениями,
(e) коррозия стали. армирование,
(f) плохие методы строительства,
(g) строительные и структурные перегрузки,
(h) ошибки в проектировании и детализации,
(i) внешние нагрузки и
(j) плохие методы погрузки и хранения.
Важно понимать факторы, влияющие на указанные выше причины появления трещин, чтобы устранить причину и выбрать правильный метод ремонта. В следующих разделах более подробно рассматриваются причины появления трещин в затвердевшем бетоне.
Усадка при сушке
Это основная причина растрескивания затвердевшего бетона. Это растрескивание происходит около ограничителей из-за изменения объема бетона. Когда бетон подвергается воздействию влаги, он разбухает, а когда он подвергается воздействию воздуха с относительно низкой влажностью, он дает усадку.Если бы усадка могла произойти без использования арматуры, не произошло бы растрескивания, но в большинстве случаев требования к опорной конструкции делают это невозможным.
Это растрескивание является результатом сочетания факторов, которые влияют на величину вызывающих его растягивающих напряжений. Эти факторы включают величину и скорость усадки, степень ограничения, модуль упругости и величину ползучести. Дополнительные факторы, о которых следует знать, включают тип заполнителя, содержание воды, тип вяжущего, а также пропорции бетонной смеси и механические свойства.
Узнайте больше об оптимизации конструкции бетонной смеси здесь!
Количество и тип заполнителя и цементного теста являются основными факторами, влияющими на величину усадки при высыхании. Чтобы свести к минимуму усадку, лучше всего использовать жесткий заполнитель в больших объемах по сравнению с цементным тестом. Скорость усадки увеличивается с увеличением объема цементного теста. Точно так же увеличение отношения воды к цементу в цементном тесте увеличивает уровень усадки за счет увеличения возможности потери объема из-за испарения воды.
Оптимальным условием предотвращения усадки при высыхании является относительная влажность 100%. Это редко возможно, поэтому герметизация бетонной поверхности для предотвращения потери влаги может контролировать величину усадки, а использование усадочных швов с подходящим интервалом и надлежащей стальной деталировки позволяет осуществлять контролируемую усадку.
Поскольку внешняя часть бетона охлаждается быстрее, чем внутренняя, он сжимается, и давление, вызванное отсутствием усадки внутренней части, вызывает растягивающие напряжения.Это может вызвать растрескивание, поскольку растягивающие напряжения превышают предел прочности бетона на растяжение, и давление внутри бетона увеличивается.Термические напряжения
Разница в объеме может возникать в бетоне, когда в бетонном сечении возникают разные температуры. Затем бетон трескается, когда растягивающие напряжения, вызванные изменением разности объемов, превышают его предел прочности. Термические напряжения обычно вызывают растрескивание в конструкциях из массивного бетона, при этом основной причиной перепада температур является влияние теплоты гидратации на изменение объема.Теплота гидратации — это количество тепла, выделяемого во время гидратации цемента, вызывающего возникновение разницы температур между центром и внешней стороной бетонной конструкции в результате либо большего внешнего охлаждения, либо большей гидратации тепла в центре (см. Рисунок 4). Любая из этих ситуаций оказывает повышенное давление на внешнюю поверхность, поскольку тепло пытается уйти из активной зоны.
Узнайте больше о важности мониторинга температуры во время экстремальных погодных условий здесь!
Химические реакции
Химические реакции в бетоне происходят как из-за материалов, используемых в смеси, так и из-за тех, с которыми она могла вступить в контакт.Причиной растрескивания являются реакции расширения между заполнителем и щелочами в цементном тесте. Химическая реакция происходит между активным кремнеземом и щелочами, в результате чего образуется щелочной силикагель в качестве побочного продукта. Щелочной силикагель образуется вокруг поверхности заполнителя, увеличивая его объем и оказывая давление на окружающий бетон. Это увеличение давления может привести к тому, что растягивающие напряжения превысят предел прочности бетона на растяжение. Когда это происходит, бетон трескается, чтобы уменьшить давление.
Коррозия стальной арматуры
Для коррозии металлов должны выполняться три условия. Это кислород, влага и поток электронов внутри металла. Устранение или ограничение любого из этих условий устраняет или снижает коррозию стальной арматуры бетона, тем самым снижая риск растрескивания.
Бетон обычно обеспечивает пассивную защиту стали, поскольку в щелочной среде образует вокруг нее защитное оксидное покрытие. Однако коррозия может возникнуть, если карбонизация изменит уровень щелочности бетона.
При коррозии арматурной стали в качестве побочных продуктов образуются оксиды и гидроксиды железа. По мере их образования на поверхности сталеплавильного завода его объем увеличивается. Это увеличение объема увеличивает давление на бетон и вызывает радиальное растрескивание, поскольку бетон разрушается под действием растягивающих напряжений. Важно устранить эти трещины, потому что по мере того, как они становятся больше, кислород и влага имеют больше шансов проникнуть в бетон и ускорить коррозию арматуры.
Хотите узнать, как обнаружить коррозию в железобетоне? Узнайте больше здесь!
Неудовлетворительная строительная практика
Многочисленные некачественные строительные методы могут вызвать растрескивание бетонных конструкций.В следующей таблице представлены эти возможные ошибки.
Строительные перегрузки
Важно обращать пристальное внимание на то, как вы загружаете, транспортируете и выгружаете сборный бетон, а также на то, как вы закрепляете его на месте. На любом из этих этапов сборные железобетонные модули могут подвергаться нагрузкам, вызывающим перегрузку конструкции. Если эти напряжения возникают в раннем возрасте бетона, они могут привести к необратимым трещинам. Вам необходимо использовать процедуры подъема, которые распределяют нагрузку по конструкции, чтобы снизить риск перегрузочных напряжений.
Предварительно натянутые балки могут вызывать проблемы с растрескиванием во время снятия напряжения, особенно в балках, возраст которых меньше одного дня.
Вам необходимо уделять особое внимание хранению материалов и рабочего оборудования на этапе строительства, так как они могут создавать нагрузки, превышающие те, которые конструкция была спроектирована для того, чтобы выдерживать.
Ошибки в дизайне и деталях
Многочисленные проблемы могут возникнуть из-за неправильной конструкции и деталей, включая повышенную концентрацию напряжений из-за плохо спроектированных входящих углов, растрескивание из-за недостаточного армирования и чрезмерное дифференциальное движение из-за неправильной конструкции фундамента.Поэтому важно убедиться, что дизайн и детализация соответствуют конкретной конструкции и нагрузкам, которым она будет подвергаться. Игнорирование этих точек может привести к растрескиванию, что вызовет серьезную проблему с удобством обслуживания.
Внешние нагрузки
Большинство бетонных конструкций восприимчивы к внешним нагрузкам, которые вызывают растягивающие напряжения через их бетонные элементы. Важно справляться с этими нагрузками наиболее эффективным образом, поэтому постарайтесь равномерно распределить нагрузку по отдельным элементам, чтобы снизить риск неконтролируемого растрескивания.Факторами, которые могут уменьшить ширину трещин, являются увеличенное количество стальной арматуры и большие бетонные секции для более равномерного распределения нагрузок.
Желаемый результат ремонта трещин
Как только вы поймете причину и значение трещины, вам необходимо применить соответствующий метод или методы ремонта. Вы должны выбрать метод ремонта на основе оценки трещины и цели или задач ремонта. К таким целям относятся:
(a) восстановление или увеличение прочности,
(b) восстановление или увеличение жесткости,
(c) улучшение функциональных характеристик,
(d) обеспечение водонепроницаемости,
(e) улучшение внешнего вида бетонной поверхности,
(f) повышение прочности и
(g) предотвращение развития коррозионной среды для арматуры.
Статья изначально появилась на сайте www.bluey.com.au, но ее можно найти на сайте www.academia.edu
* «Примечание редактора: этот пост был первоначально опубликован в ноябре 2014 года и был обновлен для обеспечения точности и полноты».
Экологичность бетона
Шлаковый цемент — это регенерированный материал в процессе производства чугуна, который снижает воздействие бетонных смесей на окружающую среду. Кроме того, шлаковый цемент очень эффективен для снижения проницаемости и увеличения прочности бетона.Щелкните по ссылкам ниже, чтобы узнать больше о шлакобетоне и о том, как с его помощью можно получить более устойчивый бетон.
- Уменьшает содержание портландцемента в бетоне, приводя к:
- Уменьшает эффект городского теплового острова за счет увеличения отражательной способности бетона.
- Увеличивает срок службы конструкции за счет повышения стойкости бетона к различным видам разрушения, таким как коррозия арматурной стали, внешнее и внутреннее химическое воздействие и растрескивание из-за термического напряжения.
- Восстанавливает промышленный побочный продукт при добавлении в бетон или другие строительные конструкции.
- Избегает захоронения доменного шлака при его полезном использовании.
Щелкните здесь, чтобы загрузить информационный бюллетень «Шлаковый цемент и окружающая среда».
Калькулятор LCA для шлакового цемента »
Шлаковый цемент и сертификация LEED»
Шлаковый цемент EPD »
- Шлаковый цемент используется во всем мире с конца 1800-х годов и использовался в таких проектах, как Парижское метро и Эмпайр-стейт-билдинг .
- За последние 10 лет в США было потреблено более 29 миллионов метрических тонн шлакового цемента.С. сохранил аналог:
- Выбросы углекислого газа 4,1 миллиона легковых автомобилей;
- Энергопотребление 596 000 домов;
- Первородные материалы для производства портландцемента, достаточного для строительства 22 000 полос движения по бетонным дорогам толщиной 8 дюймов
- Шлаковый цемент может заменить до 50% портландцемента в большинстве обычных бетонных смесей и до 80% в массивных бетонных элементах и других специализированных конструкциях.
- Замена портландцемента на шлаковый цемент в бетоне может сэкономить до 59% выбросов углекислого газа и 42% энергии, необходимой для производства бетона и составляющих его материалов.
- EPA признает преимущества использования шлакового цемента и требует (в Комплексном руководстве EPA), чтобы проекты, финансируемые из федерального бюджета, в большинстве случаев включали шлаковый цемент в спецификации бетона.
- Если бы весь доменный шлак в США был преобразован в шлаковый цемент и использовался в бетоне (и других приложениях), можно было бы сэкономить дополнительно 7,9 миллиона метрических тонн выбросов углекислого газа и 35 триллионов БТЕ энергии. Это повысит текущий уровень экономии более чем на 200%!
Ресурсы для устойчивого развития
SCA предоставляет проектировщикам, разработчикам и подрядчикам несколько ресурсов, чтобы установить устойчивые выгоды в проекте и гарантировать, что применение шлакового цемента определено и построено должным образом:- Калькулятор оценки жизненного цикла шлакобетона.Калькулятор показывает влияние конкретных конструкций смесей на окружающую среду по сравнению с отраслевыми стандартами.
- LEED ™ Guide: Использование шлакового цемента в устойчивом строительстве, подробное руководство по достижению баллов LEED-NC для шлакового цемента (обновлено для LEED-NC 2.1, 2.2 и 3.0).
- Slag Cement и LEED ™ (SCIC № 28), информационный бюллетень, в котором резюмируется, как шлаковый цемент может помочь в достижении баллов LEED-NC.
- «Инвентаризация жизненного цикла шлакобетона» — технический документ, в котором подробно описаны энергия, выбросы и материалы, необходимые для производства бетона с использованием шлакобетона, а также показана экономия по сравнению с бесшлаковым бетоном.Этот отчет основан на следующих технических исследованиях, которые были разработаны в соответствии с ISO 14040 и 14041:
- Шлаковый цемент и окружающая среда (SCIC № 22), информационный бюллетень, обобщающий устойчивые преимущества шлакового цемента.
- Дозирование бетона (SCIC № 2), информационный лист, который дает указания относительно соответствующих уровней шлакового цемента для использования в конкретных областях применения.
- Предлагаемые технические условия для шлакобетона (SCIC No.13), информационный лист с подробным описанием соответствующего языка спецификаций для включения шлакового цемента для общего и специального применения в бетоне.
- «Модели прогнозирования шлакового цемента и жизненного цикла» (SCIC № 23), информационный лист, в котором обсуждается, как модели прогнозирования срока службы могут помочь проектировщикам определить соответствующие стратегии (включая использование шлакобетона), позволяющие производить прочный бетон, который прослужит определенную службу. жизнь.
- Life-365 — это стандартная модель, разработанная для прогнозирования срока службы и стоимости жизненного цикла железобетона, подверженного воздействию хлоридов.SCA является партнером в разработке текущей версии 2.2.2, которую можно бесплатно загрузить на Life-365.
- Lifecycle 365 Программное обеспечение версии 2.2:
- Программа
предназначена для оценки срока службы и стоимости жизненного цикла альтернативных пропорций конструкций бетонных смесей и стоимости жизненного цикла альтернативных пропорций конструкций бетонных смесей и систем защиты от коррозии.Он следует основанной на исследованиях методологии, разработанной группами компаний Life-365 Consortium I и II, которая дает оценки влияния конструкции, воздействия хлоридов, температуры окружающей среды, пропорций высокоэффективной бетонной смеси, поверхностных барьеров и типов стали на срок службы и стоимость жизненного цикла железобетонных конструкций.
Эта простая и прозрачная модель предоставляет консультантам по проектированию фундаментальный инструмент для оценки срока службы и стоимости жизненного цикла альтернативных систем защиты при проектировании железобетонных конструкций, которые будут подвергаться воздействию хлоридов.
- Программа
- EPA Comprehensive Procurement Guidelines (CPG), веб-сайт EPA с описанием требований к использованию переработанных / восстановленных материалов в проектах, финансируемых из федерального бюджета