Автор 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 суткамСпециалисты 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.
Набор прочности бетона в зависимости от температуры
Нормальной температурой среды для твердения бетона считается 15 — 20°. При пониженной температуре твердения прочность бетона нарастает медленнее, чем при нормальной. При температуре бетона ниже нуля твердение практически прекращается, если только в бетон не добавлены соли, снижающие точку замерзания воды.
Прочность бетона, твердеющего при различных температурах
Бетон, начавший твердеть, а затем замерзший, после оттаивания продолжает твердеть в теплой среде причем, если он не был поврежден замерзающей водой в самом начале твердения, прочность его нарастает значительно.
При повышенных температурах бетон твердеет быстрее, чем при нормальной, особенно в условиях влажной среды. Так как при высоких температурах бетон трудно предохранить от быстрого высыхания, то нагревать его выше 85° нельзя. Исключение составляет лишь обработка насыщенным паром под давлением в автоклавах на заводах, изготовляющих бетонные изделия .
Относительная прочность бетона в разные сроки твердения при различных средних температурах (портландцемент средней марки)
Время набора прочности бетона от температуры
Основные требования к бетону при зимних работах и способы производства работ
Бетон, укладываемый зимой, должен зимой же затвердеть и приобрести прочность, достаточную для распалубки, частичной загрузки или даже для полной загрузки сооружения.
При любых бетонных работах бетон следует предохранить от замерзания до приобретения им 50% проектной прочности
Даже при применении быстротвердеющих цементов (глиноземистого, высокопрочного портландцемента) срок твердения бетона в теплой среде должен быть не меньше 2 — 3 суток, а при обычных цементах — 5 — 7 суток.
Опыты показывают, что замерзание бетона в раннем возрасте влечет за собой значительное понижение его прочности после оттаивания. Это объясняется тем, что свежий бетон насыщен водой, которая при замерзании расширяется и разрывает связь между поверхностью заполнителей; и малозатвердевшим цементным камнем. Прочность бетона, тем ближе к нормальной, чем позже бетон был заморожен. Кроме того, из-за раннего замораживания значительно уменьшается сцепление бетона со стальной арматурой в железобетоне.
Для затвердевания бетона зимой необходимо обеспечить его твердение в теплой и влажной среде в течение срока, устанавливаемого в зависимости от заданной прочности. Этой цели достигают двумя способами:
- использованием внутреннего тепла бетона;
- дополнительной подачей бетону тепла извне, если внутреннего тепла недостаточно.
При первом способе необходимо применять высокопрочные и быстротвердеющие цементы, прежде всего портландцемент высоких марок и глиноземистый цемент. Кроме того, рекомендуется использовать ускоритель твердения цемента — хлористый кальций, уменьшать количество воды в бетонной смеси и уплотнять ее высокочастотными вибраторами. Все это дает возможность ускорить сроки твердения бетона при бетонировании сооружений и добиться того, чтобы бетон приобрел достаточную прочность в течение 3—5 дней вместо обычных 28.
Внутренний запас тепла в бетоне создают, подогревая материалы, составляющие бетонную смесь; кроме того, тепло выделяется при химической реакции, происходящей между цементом и водой (экзотермия цемента).
В зависимости от массивности конструкций и температуры наружного воздуха подогревают либо только воду для бетона, либо воду и заполнители (песок, гравий и щебень). Воду можно подогревать до 90°, заполнители — до 40°, цемент не подогревают. Требуется, чтобы бетонная смесь при выходе из бетономешалки имела температуру не выше 30°, так как при более высокой температуре она быстро густеет.
Загустевание, т. е. потеря подвижности бетонной смеси, затрудняет укладку, добавлять же воду нельзя, так как это понижает прочность бетона. Минимальная температура бетонной смеси при укладке в массивы должна быть не ниже +5°, а при укладке в тонкие конструкции — не ниже + 20°.
В процессе твердения бетона цемент выделяет значительное количество тепла, зависящее от состава и тонкости помола цемента, температуры бетона и срока твердения. Это тепло выделяется главным образом в первые 3—5 дней твердения. Чтобы сохранить тепло в бетоне на определенный срок, необходимо покрыть опалубку и все открытые части бетона хорошей изоляцией (соломит, шевелин, опилки, шлак и т. п.), толщина которой определяется теплотехническим расчетом.
Описанный выше способ зимнего бетонирования часто называют способом «термоса», так как подогретая бетонная смесь твердеет в условиях теплоизоляции. Применение Данного способа допустимо и рационально, если тепло сохраняется в бетоне по крайней мере 5—7 суток, необходимых для его первоначального твердения. Это возможно только при массивных или тщательно изолированных средних по толщине конструкциях.
У этих конструкций отношение охлаждающейся поверхности бетона к его объему (так называемый модуль поверхности F /V) должно быть не более 6.
Все конструкции более тонкие или со слабой теплоизоляцией, а также возводимые при очень сильных морозах, должны бетонироваться с подачей тепла извне. Существуют три разновидности этого способа, описанные ниже.
Способы обогрева бетона
Обогрев бетона паром
Обогрев бетона паром, пропускаемым между двойной опалубкой, окружающей бетон, или по трубкам, находящимся внутри бетона, или по каналам, вырезанным с внутренней стороны опалубки. Последний способ пропаривания (так называемая капиллярная опалубка) предложен А. А. Вацуро. Обычная температура пара 50—80°. При этом бетон твердеет быстро, достигая в течение двух суток такой прочности, которую он приобретает на 7-й день при нормальном твердении.
Электропрогрев бетона
Электропрогрев бетона, который осуществляют, пропуская через бетон электрический переменный ток. Для этой цели стальные пластинки-электроды, соединенные с электрическими проводами, укладывают сверху или с боковых сторон конструкции на бетон в начале его схватывания. При другом способе в бетон закладывают продольные и струнные электроды или вбивают короткие стальные стержни для присоединения проводов. После затвердевания бетона эти стержни срезают.
Пластинчатые электроды применяют главным образом для подогрева плит и стен, «струнные» электроды и поперечные короткие стержни — для балок и колонн.
В начале прогрева подают обычно ток низкого напряжения—50—60 в, получаемый путем трансформирования обычного тока в 220 в. Сырой бетон при пропускании тока разогревается и затвердевает. По мере затвердевания бетона его электрическое сопротивление возрастает, и напряжение приходится повышать. Нагревать бетон следует медленно во избежание высушивания и появления в нем трещин (повышать температуру нужно не более чем на 5° в час) и доводить температуру бетона до 60.° При этих условиях бетон в течение 36—48 час. твердения приобретает прочность не меньшую, чем за 7 дней нормального твердения.
При бетонировании массивных сооружений зимой целесообразно применять электропрогрев только поверхностного слоя бетона и углов сооружения, чтобы предохранить их от преждевременного замерзания (так называемый периферийный электропрогрев).
Применяется еще один способ электропрогрева бетона, который заключается в использовании так называемой «термоактивной опалубки». Это — двойная деревянная опалубка, в которую засыпают опилки, смоченные раствором соли. В опилки через опалубку вставляют стержневые электроды и разогревают опилки и опалубку. При этом способе электроды в бетоне не остаются, и бетон равномерно нагревается, но требуется тщательный противопожарный надзор.
Обогрев воздуха, окружающего бетон.
Для этого устраивают фанерный или брезентовый тепляк, в котором устанавливают временные печи, жаровни (при этом нужно строго соблюдать противопожарные правила), воздушное отопление (калориферы) или электрические отражательные печи. В тепляке ставят сосуды с водой, чтобы создать влажную среду для тверlения, или поливают бетон. Этот способ дороже предыдущих и применяется иногда при малых объемах бетонирования, при очень низких температурах, а также при отделочных работах
Набор прочности бетона в зависимости от окружающей температуры
Набор прочности бетона – это очень важная характеристика, от которой зависит долговечность и способность конструкции воспринимать расчетные сжимающие, изгибающие и крутящие нагрузки.
Набор прочности бетона в зависимости от температуры окружающей среды
Схватывание и последующий набор прочности бетона в большей мере зависит от температуры окружающей среды, во время заливки бетонной конструкции. Стандартная температура воздуха, которую можно назвать «идеальной» для бетонных работ – это температура воздуха 20 градусов Цельсия.
Отклонения в меньшую или большую сторону, либо ускоряют, либо замедляют время набора прочности. При температуре окружающего воздуха от нуля градусов Цельсия и ниже, без дополнительного прогрева залитой конструкции, набор прочности бетона практически прекращается, и значительно возрастает риск ее разрушения.
Этапы набора прочности бетонных ЖБИ общего применения:
- Схватывание бетона. Этот процесс, при плюсовой температуре происходит в первые 24 часа после заливки. При этом при температуре окружающего воздуха от 20 градусов Цельсия процесс начала схватывания занимает не более 60 минут, а процесс окончания схватывание занимает не более 2-3 часов после заливки. Если температура воздуха понижается, процесс схватывания значительно увеличивается и может достигать до 15-20 часов после заливки бетона. Если температура воздуха составляет от 20 градусов Цельсия и выше, схватывание бетона может составлять период от 10 до 30 минут;
- Набор прочности бетона в зависимости от температуры. Данная величина не сильно зависит от температуры и составляет период времени, достигающий нескольких лет. В этот период времени происходят сложные химические реакции, которые усиливают прочность бетона «во времени».
Другими словами, если при процессе схватывания, были соблюдены все необходимые условия заливки, прочность бетона не вызывает каких-либо вопросов. В общем случае условия следующие:
- Заливка бетона преимущественно в теплое время года при температуре окружающего воздуха не ниже 20 градусов Цельсия;
- Если заливка производится в условиях температуры окружающего воздуха ниже 5 или 0 градусов Цельсия, необходимо обеспечение прогрева свежезалитой конструкции любым доступным способом. В противном случае бетонная конструкция не может набрать марочной прочности и скорей всего разрушится;
- При заливке бетона в неблагоприятных условиях необходимо использоваться бетон с соответствующими добавками.
В любом случае соблюдается объективное правило. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем медленнее происходит схватывание и набор марочной прочности бетона.
Поэтому совет! Бетонные работы по заливке фундаментов, отмосток, капитальных стен, чаш бассейнов, всевозможных площадок, бетонирования столбиков заборов и другие работы лучше всего, дешевле всего, качественнее всего проводить в теплое время года. Это дешевле, качественнее и зачастую долговечнее.
График набора прочности бетона – таблица по времени
Возведение конструкций различной конфигурации и назначения предполагает заливку фундамента. Поэтому многие строители, преимущественно начинающие, интересуются тем, каково же время набора прочности бетона. Сразу стоит отметить, что этот процесс зависит от многочисленных моментов, среди которых не только условия окружающей среды, но и составляющие самого раствора, используемого для заливки фундамента.
В этой статье мы попробуем разобраться, как набирает прочность бетон и есть ли методы ускорения этого процесса.
В чем суть процесса?
Условно, он делится на 2 этапа:
- Схватывание. Этот этап происходит в течение первых 24 часов после замешивания основы. Время схватываемости раствора зависит от показателей температуры в помещении или на улице. И если обеспечить должные условия, то можно ускорить схватывание бетонной массы.
- Твердение. Как только основа схватится, то наступает затвердение. Как ни странно, но затвердевание фундамента продолжается в течении 12-24 месяцев. При этом заявленные производителем значения, при обеспечении благоприятных условий, определяется на 28 день после заливки.
Интересно, что во многих источниках можно найти, от чего зависит кинетика набора прочности – температур, время. влажность, качество ингредиентов. Но мало где найдешь ответ на вопрос, за счет чего бетон набирает прочность? Это происходит в процессе гидратации цемента.
В сухом материале присутствуют 4 основных элемента:
- аллит;
- белит;
- трехкальциевый алюминат;
- четырехкальциевый аллюмоферрит.
Первым при замесе в реакцию вступает аллит, но это самый хрупкий минерал. Далее идут алюминаты и алюмоферриты. Последним в реакцию вступает белит, он же и дает необходимую прочность. При этом он гидратируется постепенно, ежегодно набирая нужные параметры. Даже спустя 50 лет процесс гидратации идет, соответственно, все это время бетон продолжает набирать прочность.
Процесс гидратации цемента начинается с момента смешения с водой и продолжается в течение долгого времени
Что же касается именно бетона, то его параметры зависят от степени гидратации цемента. Если речь идет о низкой степени, то спустя 4 недели она достигнет искомых 90%. В высокопрочном составе через это же время будет только половина (до 49%), и в дальнейшем с течением времени она будет только нарастать. В среднем за 3-5 лет прирост составляет порядка 60%.
Что влияет на вызревание фундамента
Как было сказано ранее, на то, сколько бетон набирает прочность, влияет целый ряд нюансов, к основным из которых относится:
- температурные условия окружающей среды;
- уровень влажности в месте, где производится заливка основы;
- марка цемента;
- время.
Температурные условия
Набор прочности бетона в зависимости от температуры окружающей среды, это актуальный вопрос для большинства людей, которые собственными силами занимаются заливкой фундамента. Тут стоит запомнить одно главное правило: чем холоднее на улице или в помещении, где проводится бетонирование поверхности, тем больше время твердения.
Скорость набора прочности бетона в зависимости от температуры
При температуре ниже 0°С укрепление основы приостанавливается и, как следствие, срок набора прочности увеличивается на неопределенное время. Порой достижение заявленных производителем прочностных характеристик происходит спустя несколько лет. Это когда процесс происходит в северных регионах. Такое явление обусловлено тем, что вода, имеющаяся в цементной массе, замерзает. А поскольку за счет влаги обеспечивается необходимая для процесса гидратация, то и затвердевание, так сказать, «замораживается».
Но как только на улице начнет теплеть и станет выше нулевой отметки, твердение продолжится. И так далее. Так выглядит набор прочности бетона в зависимости от температуры.
Теплые погодные условия «активизируют» и ускоряют твердение цементной основы. Скорость твердения бетона в зависимости от температуры прямо пропорциональна увеличению показателей окружающей среды. Так, при 40°С заявленные производителем показатели достигаются через 7-8 дней. Именно по этой причине многие опытные специалисты рекомендуют проводить заливку бетонного фундамента на приусадебном участке в жаркую погоду, за счет чего требуется гораздо меньше времени на организацию всего строительного процесса в целом, нежели в случае с заливкой фундамента в более холодную погоду.
Зимой, как только температура опускается до отметки 0 градусов, процесс гидратации полностью прекращается
Но даже в этом случае не стоит «пережаривать» бетон – пока нижние слои схватятся, верхние начнут трескаться. Это не добавляет ни эстетики, ни твердости. При проведении работ в жаркое время поверхность 2-3 раза в день обильно поливают водой и накрывают целлофаном.
За сколько бетон набирает прочность в зимнее время года? По сути, возведение фундамента зимой – это трудоемкий процесс, который требует использования специального оборудования для регулярного прогрева цементной массы с целью ускорения процесса его затвердевания.
При работе с бетонной массой с целью ускорения ее затвердевания нагрев свыше 90°С недопустим. Это может привести к растрескиванию будущей поверхности.
Для того, чтобы понять каким образом температура влияет на процесс затвердевания, можно изучить график набора прочности бетона. Это позволит визуально разобраться в данном явлении. График набора состоит из линий, которые выстроены на основании данных, собранных для цемента М400 при разном режиме.
График твердения бетона позволяет определить, какое процентное соотношение от марочных показателей будет достигнуто через некоторый временной промежуток. Проще говоря, по этим линиям можно узнать, сколько дней масса набирает марочное значение твердости при той или иной температуре.
График набора прочности по марке цемента
Время
С целью определения оптимального, можно даже сказать, безопасного срока начала проведения строительных работ зачастую берется во внимание таблица набора прочности. По ней можно с легкостью определить за какое время застынет фундамент, приготовленной из той или иной марки цемента. Поэтому опытные специалисты всегда и пользуются подобными информационными таблицами.
|
Марка цемента |
Среднесуточная t цементной основы, °С |
Срок затвердевания по суткам |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
5 |
7 |
14 |
28 |
||
|
Показатели твердости бетонной массы на сжатие (% от заявленной) |
||||||||
|
М200-300, замешанный на портландцементе марки 400-500 |
2 |
3 |
6 |
8 |
12 |
15 |
20 |
25 |
|
0 |
5 |
12 |
18 |
28 |
35 |
50 |
65 |
|
|
+5 |
9 |
19 |
27 |
38 |
48 |
62 |
77 |
|
|
+10 |
12 |
25 |
37 |
50 |
58 |
72 |
85 |
|
|
+20 |
23 |
40 |
50 |
65 |
75 |
90 |
100 |
|
|
+30 |
35 |
55 |
65 |
80 |
90 |
100 |
— |
|
В том случае, если нормативно-безопасный срок установлен на отметке в 50%, то самым оптимальным сроком старта строительных работ будет 72-80% от заявленных марочных показателей.
Показатели влажности
Сниженные показатели влажности окружающей среды негативно отражаются на процессе твердения фундаментной базы. При полнейшем отсутствии влаги процесс гидратации практически не происходит, и набор твердости неизбежно останавливается. Именно поэтому очень важно следить за влажностью заливаемого фундамента.
Если в помещении или на улице, где осуществляется заливка или кладка фундамент, повышенная влажность (70-90°), то скорость нарастания прочностных показателей возрастает.
Прогрев до такого высокого температурного режима при минимальных значениях влажности обязательно приведет к засыханию залитой поверхности и снизит скорость твердения. Чтоб избежать таких последствий, необходимо регулярно производить увлажнение. При таких обстоятельствах в жаркую погоду твердение будет происходить очень быстро.
ВИДЕО: Сколько твердеет бетон
Состав и эксплуатационные данные цемента
Если цемент обладает способностью тепловыделения и сразу после заливки он быстро твердеет, то после замерзания в цементной массе воды процесс твердения неизменно остановится. По этой причине во время строительных работ холодное время года лучше отдавать предпочтение смесям, приготовленным на основе противоморозных добавок.
Так, к примеру, глиноземистая масса после заливки выделяет в 7 раз больше теплоэнергии, нежели обычный портландцемент. Благодаря этому замешанная на основе такого цемента строительная смесь способна быстро набирать прочность даже при температуре ниже 0°С. что, собственно, и обусловлено его популярностью использования в холодное время года.
Стоит отметить и то, что марка цемента также влияет на скорость твердения заливки или кладки. Представленная дальше таблица наглядно демонстрирует эти данные.
|
Марка цемента |
Показатели критической твердости (% от заявленной), минимум |
|
Для предварительно напряженных поверхностей |
70 |
|
М15-150 |
50 |
|
М200-300 |
40 |
|
М400-500 |
30 |
Вот, собственно, и все, что нужно знать о затвердевании фундамента. Надеемся, эта информация будет использована вами на практике и поможет достичь поставленной задачи наилучшим образом!
ВИДЕО: Как ускорить затвердевание бетона
Как происходит набор прочности бетона в зависимости от температуры?
Основным фактором, определяющим долговечность бетонной конструкции и его способность выдерживать заданные статические и динамические нагрузки, является показатель прочности бетона. При этом величина прочности бетона нарастает постепенно и зависит от нескольких условий, в том числе от температуры окружающей среды.
Набор прочности бетона в зависимости от температуры
Набор прочности бетона, является непостоянной величиной. Если твердение материала происходит в стандартных условиях (18-20 градусов Цельсия), набор прочности начинается через 7-14 суток и составляет до 70% прочности, которая достигается за общепринятый всеми строителями срок – 28 суток.
Впоследствии набор прочности происходит очень медленно и может достигать периода от 1 до 3-х лет (прочность 200-250% от уровня прочности характерного для возраста бетона 28 суток).
Соответственно для правильного течение процесса гидратации (твердения) бетона необходимо обеспечить определенные условия:
- Влажность поверхности конструкции от 90 до 100%;
- Температура бетона или окружающей среды от 18 до 20 градусов Цельсия.
При нарушении данных условия происходит изменение времени твердения как в сторону значительного увеличения (при понижении температуры), так и в сторону увеличения (при повышении температуры).
Также при отрицательных температурах, вследствие перехода воды в кристаллическое состояние, происходит давление кристаллов льда на частицы цемента, что существенно снижает долговечность конструкции.
Особенности твердения бетонных конструкций
- Чем ниже температура от рекомендованных 18-20 градусов Цельсия, тем медленнее идет гидратация и нарастание прочности:
- Если температура достигла уровня 0 градусов Цельсия и ниже – вода в толще цемента начинает замерзать, твердение состава останавливается и возобновляется только после повышения температуры тем или иным способом;
- Высокая влажность окружающей среды позволяет бетону приобретать более высокую прочность, чем он достигнет в условиях пониженной влажности;
- При температуре окружающей среды до 80-90 градусов Цельсия в условиях максимальной влажности (промышленное пропаривание ЖБИ в автоклавах) происходит значительное увеличение скорости нарастания прочности.
Учитывая сказанное, при проведении бетонных работ в условиях пониженных температур, для правильного течение процесса твердения и набора прочности, необходимо обеспечить соответствующий температурный режим.
Достигнуть температурного режима можно разными способами. В числе самых распространенных способов: прогрев толщи конструкции трансформаторами или сварочными аппаратами, прогрев поверхности специальными тепловыми матами, а также строительство над бетонной конструкцией временных сооружений (шатров) и прогрев внутреннего «подшатрового» пространства тепловыми пушками или электронагревателями.
набор прочности бетона по времени, часы, сутки.
Таблица — набор прочности бетона по времени, часы, сутки.Набор прочности бетона (в часах)
| Срок твердения, часы | Температура твердения бетона | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0°С | 5°С | 10°С | 15°С | 20°С | 25°С | 30°С | |
| прочность бетона на сжатие % от 28-суточной | |||||||
| 4 | 6 | 7 | 8 | 10 | 12 | 13 | 14 |
| 8 | 10 | 12 | 13 | 16 | 18 | 20 | 22 |
| 12 | 13 | 16 | 18 | 21 | 23 | 25 | 27 |
| 16 | 16 | 19 | 22 | 24 | 27 | 30 | 32 |
| 20 | 18 | 21 | 24 | 27 | 31 | 33 | 36 |
| 24 | 20 | 23 | 27 | 30 | 34 | 37 | 39 |
| 28 | 22 | 25 | 29 | 32 | 37 | 30 | 42 |
| 32 | 23 | 27 | 31 | 34 | 38 | 42 | 45 |
| 36 | 24 | 28 | 32 | 36 | 40 | 43 | 47 |
| 40 | 25 | 29 | 33 | 37 | 42 | 44 | 48 |
| 44 | 25 | 29 | 34 | 38 | 43 | 46 | 49 |
| 48 | 26 | 30 | 34 | 39 | 43 | 47 | 50 |
Набор прочности бетона (в сутках)
| Срок твердения, сутки | Температура твердения бетона | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0°С | 5°С | 10°С | 15°С | 20°С | 25°С | 30°С | |
| прочность бетона на сжатие % от 28-суточной | |||||||
| 1 | 20 | 23 | 27 | 30 | 34 | 37 | 39 |
| 2 | 26 | 30 | 34 | 39 | 43 | 47 | 50 |
| 3 | 30 | 35 | 41 | 45 | 50 | 52 | 56 |
| 4 | 34 | 40 | 46 | 50 | 55 | 58 | 63 |
| 5 | 39 | 44 | 51 | 55 | 60 | 63 | 68 |
| 6 | 42 | 48 | 54 | 59 | 64 | 68 | 72 |
| 7 | 45 | 52 | 58 | 63 | 68 | 72 | 76 |
| 10 | 53 | 60 | 67 | 72 | 77 | 82 | 85 |
| 14 | 60 | 68 | 74 | 81 | 86 | 690 | 95 |
| 21 | 70 | 76 | 83 | 91 | 97 | >100 | >100 |
| 28 | 75 | 83 | 90 | 100 | >100 | >100 | >100 |
особенности, график и от чего зависит?
Основная характеристика бетона, которая определила его широкое распространение — это высокая прочность. Материал набирает любую прочность в реальных условиях, так как есть много причин, которые способствуют недобору величины, соответствующей бетону определенной марки. Знание этих причин и их особенностей способствует формированию бетонных фундаментов, конструкций с максимальными эксплуатационными показателями.
Процесс набора
Физико-химические реакции гидратации создают новые монолитные соединения, которые придают материалу свойства искусственного камня. Новое качество формируется в течение многих суток (окончательно примерно через полгода) и в идеале прочностные свойства бетонной конструкции должны соответствовать бетону определенного класса и марки. По времени процесс вызревания камня имеет две последовательные стадии: начальная — схватывание, и завершающая — твердение. По его завершении бетон может нагружаться.
Вернуться к оглавлениюСхватывание
Схема возможного расслоения бетонной смеси: а — в процессе транспортирования и уплотнения, б — после уплотнения; 1 — направление, по которому отжимается вода, 2 — вода, 3, 4 — мелкий и крупный заполнители.Бетоном пользуются не сразу после затвердения, так как может потребоваться некоторое количество времени, чтобы довезти материал до объекта. Смесь должна оставаться подвижной, чему способствует механическое перемешивание раствора в миксере автосмесителя. Тиксотропия позволяет сохранить основные свойства смеси до ее заливки, откладывая старт начальной стадии созревания. Однако следует знать, что если время затянуть или температура поднимется, развивается необратимый процесс «сваривания» раствора, в результате которого занизятся его характеристики.
Длительность схватывания находится в зависимости от температуры воздуха — от 20 мин. до 20 часов. Наибольшая продолжительность данного процесса зимой при температурных значениях около 0 град. Заливка фундамента в этот период будет сопровождаться удлинением интервала начала схватывания от 6 до 10 часов, а сама стадия растянется на 15 – 20 ч.
Оптимально заливать бетон в форму при 20 градусах. Тогда при условии, что раствор затворен за час до заливки, схватывание начнется через один час и завершится через 60 мин. Жаркая погода способствует практически моментальному схватыванию раствора за 10 – 20 мин.
Вернуться к оглавлениюТвердение
Оптимальное течение гидратации при твердении раствора: температурный коридор от 18 до 20 град., влажность близкая к 100%. Отклонения от данных параметров в значительной степени изменяют скорость твердения камня. Полное вызревание бетона длиться несколько лет.
Вместе с тем на этой стадии скорость твердения закономерно изменяется со временем. К примеру, для бетона М300 к концу 3-го дня она достигает 50%, на 14–й день составляет до 90%, а на 28 день — 100%. Далее через три месяца прочность повышается еще на 20%, а через 3 года может стать на 100% больше, чем была к концу 28 суток после затворения.
Вернуться к оглавлениюОсобенности набора прочности
Снижение температурных показателей среды ведет к замедлению твердения. Нулевая отметка на термометре останавливает процесс из-за замерзания воды в камне (снижается качество бетона), а подъем значений снова его возобновляет. Смесь начинает высыхать при недостатке или отсутствии влаги, однако это может замедлить и остановить правильное твердение, что воспрепятствует набору заданного свойства бетоном. А вот автоклавное отвердение смесей значительно ускоряется при повышенных значениях температурно-влажностного режима: 80 – 90 град. и 100% влажности, что ведет к ускоренному росту прочностных показателей. За счет влаги в воздухе может сокращаться интервал набора прочности раствором, который уложен открыто.
Бетоны более высоких марок (состоят из большего количества цемента лучшего качества) твердеют и набирают прочность быстрее, поэтому обрабатывать их следует более оперативно. В интервале с 3-х по 10-е сутки после укладки нормативный набор прочности бетона обеспечивается близкими к идеальным условиями выдержки. В теплую погоду раствор укрывается влагоемкими материалами, через которые камень увлажняется круглосуточно 6 – 7 раз, и перекрывается плотной пленкой.
В солнечную погоду он укрывается от прямых лучей. Зимой бетон может искусственно прогреваться изнутри, утепляться, обогреваться тепловыми генераторами, чтобы предотвратить замерзание воды, и изолируется от осадков. Важным параметром для продолжения работ является нормативно-безопасный срок набора прочностных свойств. Таблица 1 показывает зависимость от марки бетона и среднесуточной температуры значений прочностных показателей бетонов через соответствующее количество суток.
Таблица 1
Нормативно-безопасным сроком созревания бетонов можно считать значение 50%, а безопасным — от 72% до 80% от марочного значения, что, к примеру, важно знать при работах на фундаменте.
Вернуться к оглавлениюОт чего зависит набор прочности?
Факторы, которые управляют набором прочностных свойств камня, включают: сколько времени прошло после заливки, температурно-влажностный режим выдерживания, качество (активность) и марку цемента, соотношение воды и цемента в растворе, пропорции компонентов в смеси, способ уплотнения, технологию перемешивания, способ и скорость укладки, качество и регулярность увлажнения, наличие пластификаторов (добавок-ускорителей твердения) в смеси зимой и пр. Поднятие марки бетона зависит от увеличения доли и более высокой марки цемента в смеси, пропорций компонентов. Марка прямо влияет на набор прочности бетона. Для низких марок критическая прочность имеет большее значение. Таблица 2 отражает данную закономерность.
Таблица 2
Поэтому прочностью фундамента из бетона высокой марки определяется надежность, долговечность конструкции здания. Камень в холодную погоду приобретает прочность благодаря собственному тепловыделению, но для нормализации графика формирования камня целесообразно применять соответствующие добавки, ускоряющие твердение и снижающие температуру остановки гидратации. С ними смесь набирает марочную прочность уже через 14 суток. Удачным решением также станет изменение составляющих в бетоне. К примеру, глиноземистый цемент набирает прочностные показатели даже в морозы, так как выделяет примерно в 7 раз больше собственного тепла по сравнению портландцементом.
В наборе этого свойства существенную роль играют форма и фракция зерен натуральных наполнителей. Их неправильная форма и повышенная шероховатость обеспечивают лучшие условия сцепления и качество бетона. Известно, что увеличение доли воды в бетонной смеси способно привести к расслоению массы материала. Следствием этого также становится то, что при относительном увеличении доли воды в растворе на 60% от оптимального значения (в/ц = 0,4) происходит недобор прочности на 50% от марочной. Однако при соотношении вода/цемент 1/4 период отвердения (упрочнения) сокращается в два раза.
Чтобы ускорить процесс и минимизировать выдержку бетона, целесообразно применять пескобетоны с низким соотношением вода/цемент. Неуплотненный бетонный раствор имеет шансы вызреть только до 50% от нормативной прочности даже при оптимальном соотношении вода/цемент. Вместе с тем ручное уплотнение способно повысить его прочность на 30 – 40%, а вибротрамбовка повышает прочность до нормативных 95 – 100%.
Вернуться к оглавлениюГрафик набора прочности
Важно знать график набора прочности бетона для прогнозирования последствий изменения температурных условий твердения, которые приводят к увеличению времени выдерживания.
График 1
График 1 показывает на примере бетона М400 через сколько суток смесь при фиксированных температурных значениях набирает определенный процент прочности (за сто процентов взят набор марочной прочности за 4 недели). Температурный режим 30 град. является оптимальным для набора нормативной прочности (97%) за 11 дней, а при показателе в 5 град. значение безопасной прочности не будет достигнуто камнем и за 14 дней. В такой ситуации следует разогревать, утеплять укладку. В соответствии с кривыми определяются сроки распалубки при превышении прочностью 50% марочного значения.
Вернуться к оглавлениюВывод
В реальности прочностные показатели бетонных конструкций могут изменяться по очень многим причинам. Важно обеспечить оптимальные параметры для реализации по времени графика роста прочностных свойств, соответствующих марке бетона.
Контроль температуры укладки и отверждения бетона — ключ к успеху.
Бетонирование в холодную погоду преследует три основные цели: 1) защитить только что уложенный бетон от повреждений из-за раннего замерзания; 2) Поддерживайте условия отверждения, чтобы обеспечить адекватный прирост прочности; и 3) Защитите бетон от теплового удара и связанного с ним растрескивания в конце периода защиты.
Если свежеуложенный бетон замерзнет, это может привести к немедленному и необратимому повреждению. Повреждение происходит из-за того, что вода (т.е., замес или вода для смешивания) при замерзании расширяется в объеме на 9%. Образование кристаллов и линз льда, в результате чего происходит расширение пасты и микротрещины, может снизить прочность на сжатие и увеличить пористость затвердевшего бетона (рис. 1). Снижение прочности до 50% может произойти, если замерзание произойдет в первые несколько часов после укладки или до того, как бетон достигнет прочности на сжатие примерно 500 фунтов на квадратный дюйм. Последующее отверждение не устранит повреждения и не восстановит свойства бетона.
Свежеуложенный бетон необходимо защищать от преждевременного замерзания до тех пор, пока количество воды для затворения или степень насыщения не будут в достаточной степени снижены за счет процесса гидратации, который описывает химическую реакцию между портландцементом или вяжущими материалами и водой. Во время гидратации степень насыщения бетонной смеси постоянно снижается, так как вода для смешивания соединяется с вяжущими материалами, и смесь начинает затвердевать и затвердевать. Из-за процесса гидратации количество доступной воды для смешивания, которая образует кристаллы льда и линзы, уменьшается, поэтому риск необратимого повреждения в случае замерзания бетона снижается.
Когда нет внешних источников воды, критическая степень насыщения — так, чтобы один цикл замерзания не приводил к необратимому повреждению бетона — возникает, когда бетон достигает прочности не менее 500 фунтов на квадратный дюйм. При заданных температурах отверждения бетонные смеси с правильными пропорциями должны достичь этой прочности в течение примерно 24 часов. Для богатых цементом смесей или смесей с горячей водой и химическими ускорителями прочность 500 фунтов на квадратный дюйм может быть достигнута намного раньше. Поэтому очень важно, чтобы свежеуложенный бетон был защищен от замерзания в течение первых 24 часов или до тех пор, пока бетон не достигнет прочности не менее 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 достигать минимальной прочности на месте не менее 3500 фунтов на квадратный дюйм, если подвергается повторяющимся циклам замораживания и оттаивания, и 4500 фунтов на квадратный дюйм, если также подвергается воздействию химикатов для борьбы с обледенением. Кроме того, недавно уложенный бетон, или, точнее, вода для смешивания в порах бетона, не замерзает до тех пор, пока температура не упадет ниже 32 ° F из-за щелочей внутри поровой воды и других факторов.Поэтому не паникуйте и предполагайте, что бетон замерз, если измеренная температура бетона составляет 32 ° F или на несколько градусов меньше. Чтобы избежать необратимого повреждения в раннем возрасте из-за холодной погоды, защитите бетон от замерзания как можно скорее после укладки, уплотнения и отделки.
Рисунок 1. Крупный план отпечатков ледяных кристаллов в замороженном бетоне. Для этого образца повреждение от замерзания или микротрещина распространялась на бетон примерно на 2 дюйма. Фото предоставлено Дэвидом Ротштейном, DRP, Twining Company Рисунок 2.Сравнение прочности на сжатие в раннем возрасте для бетонов, изготовленных из цементов типов I и III и отвержденных при 40 ° F и 73 ° F. Изображение предоставлено: Клигер, П. Влияние температур смешивания и отверждения на прочность бетона, RDB RX103, Portland Cement Association, 1958, www.cement.orgЗащита для обеспечения адекватного увеличения прочности
Скорость затвердевания и набора прочности бетона зависит от температуры бетона. Как показано на рисунке 2, низкие температуры отверждения бетона снижают скорость гидратации и, следовательно, замедляют скорость набора прочности.Чтобы гарантировать, что вновь уложенный бетон приобретает необходимую прочность для безопасного снятия опалубки, опор и перекладин, а также для безопасной загрузки конструкций во время и после строительства, необходимо поддерживать адекватную температуру бетона в течение периода защиты или отверждения.
Температура укладки и отверждения бетона: На всех поверхностях, на которые наносится свежий бетон, не должно быть снега, льда и стоячей воды. Не кладите свежий бетон на замерзшие основания или основания. Избегайте разницы температур, превышающей 20 ° F между свежим бетоном и основным материалом для плит на земле; в противном случае может произойти непостоянное схватывание, быстрая потеря влаги, расслоение и растрескивание при пластической усадке.
Как правило, в спецификациях для бетонирования в холодную погоду устанавливаются минимальные температуры укладки бетона, минимальные температуры отверждения бетона и периоды отверждения для защиты бетона как от раннего замерзания, так и для обеспечения соответствующего увеличения прочности. Наиболее распространенные минимальные температуры укладки и отверждения бетона, указанные в DOT, составляют 50 ° F и 55 ° F, но некоторые из них достигают 40 ° F. Некоторые DOT имеют понижающуюся или понижающую минимальную температуру схватывания бетона в зависимости от времени.
Большинство инспекторов будут измерять температуру свежего бетона в точке доставки или размещения.Однако некоторые могут измерить бетон после укладки или в формах. Для некоторых DOT указаны только минимальные температуры укладки бетона. Вместо указания минимальных температур отверждения в этих DOT указывается минимально необходимая изоляция (значение R) или температура обогреваемого корпуса на основе минимального размера сечения и температуры окружающего воздуха. Несмотря на то, что каждый DOT отличается, каждый DOT имеет спецификации начинать отверждение сразу после окончания, чтобы поддерживать температуру только что уложенного бетона, чтобы защитить его от замерзания в раннем возрасте и обеспечить адекватный прирост прочности.На следующей работе обязательно знайте минимальную температуру укладки и выдержки бетона; Кроме того, не забудьте учесть падение температуры бетона во время доставки.
Периоды защиты: DOT по-разному определяют период времени отверждения. Некоторые требуют минимальных периодов времени с минимальной температурой отверждения, в то время как другие основывают минимальный период отверждения на основе прочности на сжатие или изгиб, в первую очередь определяемой методом созревания. Зрелость бетона — это косвенный способ оценки прочности бетона на месте путем сочетания температуры и времени (Рисунок 3).
Некоторые DOT требуют минимального периода отверждения в 5, 7 или 14 дней с указанной минимальной температурой отверждения для различных типов структурных элементов, в то время как другие основывают продолжительность периода отверждения на набранной прочности бетона, определяемой методом зрелости. Например, DOT часто требуют, чтобы подрядчик поддерживал температуру дорожного покрытия на уровне 40 ° F или выше, пока бетон не достигнет прочности на сжатие на месте не менее 2000 фунтов на квадратный дюйм, или указать минимальный период отверждения с момента бетонирования. укладку до тех пор, пока бетон не достигнет заданного процента от требуемой прочности.Если разрешено, всегда используйте метод зрелости для оценки прочности на месте, потому что это, как правило, самый безопасный и экономичный способ.
Методы защиты: Изоляция или одеяла для зимнего отверждения являются наиболее экономичным средством поддержания адекватных температур отверждения бетона, потому что этот метод использует тепло гидратации или тепло, генерируемое химической реакцией между вяжущими материалами и водой (Рисунок 4 ). В зависимости от массы бетона, содержания вяжущих материалов, температуры бетона и условий окружающей среды изоляция обычно может поддерживать адекватную температуру отверждения.
Как можно скорее накройте бетон одеялом, не повреждая поверхность, чтобы улавливать как можно больше тепла гидратации. Улавливание раннего тепла поможет поддерживать температуру отверждения, но также способствует гидратации, что, в свою очередь, дает дополнительное тепло. Обязательно защитите края, углы и поверхности, поскольку эти области наиболее подвержены замерзанию и повреждению в раннем возрасте. Обязательно перекрывайте и закрепляйте одеяла, чтобы ветер и проезжающие грузовики не сдували их с бетона.
В экстремальных зимних условиях иногда тепла гидратации недостаточно для поддержания адекватной температуры отверждения, и требуется дополнительное тепло. Дополнительное тепло можно подавать с помощью бетонных одеял с электрическим подогревом, водяных обогревателей с одеялами зимнего отверждения и обогреваемых шкафов. Конечно, использование дополнительного тепла может значительно увеличить стоимость бетонирования в холодную погоду.
Рис. 3. Система зрелости в пробуренной стволе опоры моста, обеспечивающая оперативный, удаленный или беспроводной доступ к температуре и прочности бетона (данные о зрелости).Фото: Джон Гнэдинджер, Con-CureFigure 4. Установите зимние одеяла как можно скорее, чтобы уловить исходное тепло бетона и тепло гидратации.Защита от теплового 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 большие температурные градиенты между поверхностью и внутренними частями бетона, и возникающие термические напряжения могут вызвать случайное растрескивание поверхности.По сути, поверхность бетона термоусадочная, но внутренняя часть остается теплой и не дает усадки, поэтому поверхность трескается. Рассмотрите возможность постепенного уменьшения количества источников тепла или оставьте изоляцию на месте до тех пор, пока температура бетона не остынет до средней температуры воздуха. Некоторые подрядчики снимают защиту днем, когда температура выше, и заменяют ее ночью, когда температура падает; однако это дорогостоящий подход с точки зрения рабочей силы.
Спецификации обычно ограничивают максимальное падение температуры поверхности до 50 ° F в течение 24 часов.Однако ваши характеристики могут отличаться (менее 50 ° F) или основываться на минимальных размерах бетонной секции, поэтому проверьте максимальное падение температуры поверхности, допустимое после снятия защиты.
Предварительное планирование — залог успешного бетонирования в холодную погоду. При разработке или реализации вашего следующего плана бетонирования в холодную погоду рассмотрите три основные цели: защитить бетон от раннего замерзания, защитить, чтобы обеспечить достаточный прирост прочности, и защитить от теплового удара и растрескивания.
Поведение при повышении прочности на сжатие и прогнозирование цементно-стабилизированного щебня при низкотемпературном отверждении
Для материалов на основе цемента температура отверждения определяет скорость прироста прочности и значение прочности на сжатие. В этой статье используется смесь щебня, стабилизированная 5% цемента. Три сценария отверждения с контролируемой температурой в помещении и один сценарий естественного отверждения на открытом воздухе разработаны и реализованы для изучения сценария развития прочности закона прочности на сжатие, и они включают стандартное температурное отверждение (20 ° C), постоянное низкотемпературное отверждение (10 ° C), дневное взаимодействие отверждение при температуре (от 6 ° C до 16 ° C) и одно отверждение при естественной температуре на открытом воздухе (при температуре воздуха от 4 ° C до 20 ° C).Наконец, на основе метода зрелости модель оценки зрелости-силы получается путем использования и анализа данных, собранных в ходе внутренних тестов. Модель проверена с высокой точностью на основании подтвержденных результатов, полученных на основе данных наружных испытаний. Это исследование обеспечивает техническую поддержку строительства цементно-стабилизированного щебня в регионах с низкими температурами, что способствует процессу строительства и контролю качества.
1. Введение
Макадам, стабилизированный цементом, представляет собой низкодозированную смесь, стабилизированную цементным основанием, и его дозировка цемента составляет 5% или около того; он обычно используется в качестве основного слоя дорожного покрытия в Китае [1].Хорошо известно, зависит ли прочность на сжатие материалов на основе цемента в значительной степени от процесса отверждения, в котором особенно важны как температура, так и время отверждения [2, 3]. Для обычных лабораторных испытаний прочности на сжатие отверждение обычно проводят в условиях постоянной температуры 20 ° C во многих национальных спецификациях [4–6]. Но для проекта строительства дорожного покрытия фактическая температура отверждения на открытом воздухе зависит от погоды. Спецификация требует, чтобы при строительстве выдерживалась температура более 5 ° C [4].Однако в северных сезонных замороженных районах, таких как китайская провинция Хэйлунцзян, несмотря на то, что температура в апреле превышает 5 ° C, температура сильно меняется и очень нестабильна. Из-за большой разницы температур между днем и ночью и того факта, что обычно не достигает 20 ° C во время отверждения, прочность на сжатие иногда не может соответствовать требованиям, что приводит к ослаблению керна. Поскольку сила не может быть подтверждена, нельзя разумно организовать следующий процесс [7].Исходя из этого особого температурного режима, существует острая необходимость в изучении законов увеличения прочности на сжатие при таких различных условиях низкотемпературного отверждения. В связи с этим в данной статье разработаны несколько экспериментов в помещении и на открытом воздухе для проведения такого исследования.
Было предпринято множество исследований для изучения влияния температуры отверждения на материалы на основе цемента, такие как грунт, стабилизированный портландцементом, легкий цементированный грунт, песок, угольная зола и смеси извести [8–10].Что касается температуры отверждения, во многих исследованиях сообщалось о высоких температурах, и большинство результатов показали, что отверждение при высоких температурах может повысить начальную прочность на сжатие [11, 12]. Прочность на сжатие и предел прочности на разрыв морских грунтов, стабилизированных цементом, которые использовались в качестве материалов для строительства дорог, были изучены при температурах отверждения от 40 ° C до 60 ° C в исследовательской работе Ванга [13]. Escalante-Garcia et al. [14] проверили прочность на сжатие при гидратации при пяти температурах в диапазоне от 10 ° C до 60 ° C, и результаты показали, что высокая температура может улучшить начальную прочность на сжатие, но на самом деле может снизить прочность в долгосрочной перспективе.Wang et al. [15] провели испытания цемента на основе сульфоалюмината кальция при различных температурах отверждения (например, от 0 ° C до 80 ° C), чтобы изучить влияние эволюции гидратации на прочность на сжатие. Результаты показали, что прочность на сжатие в раннем возрасте увеличивается с повышением температуры, но уменьшается в диапазоне температур от 40 ° C до 80 ° C, а прочность на сжатие в основном зависит от степени гидратации.
О низкотемпературном отверждении в литературе сообщалось о нескольких исследованиях.Прайс [16] показал, что прочность бетонной смеси при низкой температуре развивается значительно медленнее, чем при комнатной температуре. Husem et al. [17] проверили прочность на сжатие обычного и высококачественного бетона при стандартном отверждении (при 23 ± 2 ° C) и другом низкотемпературном отверждении (при 10, 5, 0 и –5 ° C, соответственно). Результаты показали, что прочность при 10 ° C и менее 10 ° C была ниже, чем при стандартном отверждении. Kim et al. [18] исследовали развитие прочности для историй отверждения при температуре 5 ° C, 20 ° C и 40 ° C, что показало, что прочность бетона при низкой температуре была меньше, чем прочность при стандартной температуре изначально, но была почти такой же со временем.Marzouk et al. [19] провели испытания при пяти температурах в диапазоне от -10 ° C до 20 ° C в течение 3 месяцев и обнаружили, что существует пропорциональная зависимость между прочностью на сжатие и температурой.
Кроме того, с точки зрения прогнозирования прочности, многие литературные источники показали, что теория зрелости подходит и лучше для прогнозирования прочности, чем некоторые другие методы [20, 21]. В 1951 году Саул и др. [22] впервые предложили концепцию «зрелости», которая определялась как произведение времени отверждения и температуры.В знаменитой функции зрелости «Медсестра-Сол» было указано, что при одинаковой зрелости и сила будет примерно такой же. Хорошо известно, что модель зрелости Медсестра-Сол постоянно совершенствовалась и изменялась позже, и для прогнозирования силы были приняты различные математические модели. Например, в модели Читамбира эквивалентный возраст был предложен в качестве индекса, который сочетал в себе возраст и температуру отверждения [23]. Существует линейная зависимость между двойной логарифмической прочностью и логарифмической зрелостью при различных температурах отверждения.Jeong et al. [24] откалибровали соотношение относительной прочности и зрелости по фактору влажности.
Обзор существующей литературы показал, что, хотя было проведено много исследований по другим материалам на основе цемента, меньше исследований было предпринято для 5% стабилизированного цементом щебня. Многие исследования были посвящены влиянию температуры отверждения на прочность. Однако большинство из них были ориентированы на высокие температуры, и, кроме того, почти все отверждение (будь то при высокой или низкой температуре) проводилось при переменной постоянной контролируемой температуре в лабораторной камере.Важно отметить, что при таком отверждении не учитывались чередующиеся изменения температуры в течение реальных дней и ночей (как в строительном проекте), и не проводились испытания в естественных условиях на открытом воздухе. Таким образом, цель данного исследования состоит в том, чтобы сосредоточить внимание на законе увеличения прочности 5% цементно-стабилизированной щебеночной смеси при низкой температуре, которая соответствует фактической температуре строительного проекта. Теория зрелости будет использоваться для прогнозирования прочности на сжатие.Будет выбрана соответствующая функция, и соответствующие параметры будут откалиброваны и получены путем использования и анализа экспериментальных данных. Результаты исследований обеспечат техническую поддержку строительства цементно-стабилизированного щебня в регионах с низкими температурами, что благоприятно сказывается на качестве строительства и управлении процессом.
2. Описательный анализ температур в районе Харбина
Город Харбин, провинция Хэйлунцзян, Китай, расположен на северной широте 44 ° 04′∼ 46 ° 40 ′, в основном равнине, относящейся к континентальному муссонному климату северной умеренной зоны. и температура быстро меняется весной и осенью.Годовое количество осадков достигает 400–600 мм, коэффициент влажности находится в пределах 0,25–1,25, а средний максимум вечной мерзлоты составляет 120–240 см.
Распределение температуры от 15 до 30 апреля с 2012 по 2014 год в Харбине показано на Рисунке 1. Тенденция высокой и низкой температуры в период строительства в основном схожа. Большинство высоких температур распределяются в диапазоне от 15 ° C до 20 ° C, а большинство низких температур находятся в диапазоне от 5 ° C до 10 ° C.Средняя высокая температура составляет 16 ° C, а средняя низкая температура — 6 ° C.
На рисунке 2 показаны данные о суточной температуре с 15 -го до 30 -го апреля 2014 г. в городе Харбин. Данные других лет следуют аналогичной схеме. Примерно с 2:00 до 4:00 температуры были самыми низкими, с 5:00 температура начала стабильно повышаться в течение 9 часов с высокой скоростью, в 12:00 — 14:00 температуры достигли максимума, а затем температуры начали непрерывно снижаться. в течение 15 часов по относительно низкой цене.
3. Планы тестирования в помещении и на открытом воздухе
В соответствии с законом изменения температуры были разработаны три варианта тестирования в помещении и один тест на открытом воздухе. Температуры трех испытаний в помещении были определены в соответствии с данными за почти 3 года в Харбине, как показано на Рисунке 3, а испытания на открытом воздухе начались в 17 th апреля 2015 года.
Образцы цилиндров 150 мм Размер × 150 мм с 5% -ным содержанием щебня, стабилизированного цементом, были приготовлены в соответствии со схемой приготовления смеси из стабилизированного щебня.Ежедневно проводились испытания прочности на неограниченное сжатие при трех различных температурах отверждения.
Случай 1. (отверждение при стандартной температуре): стандартное отверждение полностью соответствовало требованиям спецификации операции, при которой температура составляла 20 ° C. Испытание на безусловное сжатие проводилось с 3 -го -го дня до 7 -го -го дня. Прочность на сжатие 7 th (то есть стандартная прочность 7 th ) использовалась в качестве эталона для справки.
Случай 2. (отверждение при постоянной низкой температуре): температура отверждения составляла 10 ° C, которая была определена в соответствии со средними высокими и средними низкими температурами, взвешенными по времени в течение почти трех лет. Прочность на сжатие была проверена, и испытания не прекращались до тех пор, пока прочность на сжатие не превысила стандартную прочность 7 th .
Случай 3. (отверждение при взаимодействии при дневной температуре): температура была изменена в испытательной камере для имитации больших колебаний дневной и ночной температур.Как показано на рисунке 3, высокая температура поддерживалась на уровне 16 ° C с 7:00 до 15:00 в течение 8 часов, а низкая температура составляла 6 ° C с 16:00 до 6:00 в течение 14 часов. С 6:00 до 7:00 температура повысилась с 6 ° C до 16 ° C, а с 15:00 до 16:00 температура снизилась с 16 ° C до 6 ° C. Кроме того, прочность на сжатие будет продолжаться после 7 th дней до тех пор, пока прочность не превысит стандартную прочность 7 th .
Случай 4. (отверждение при естественной температуре наружного воздуха): согласно данным прогноза погоды, испытание началось 17 апреля 2015 года.Образцы помещали в испытательную яму. Был смоделирован базовый слой дорожного покрытия и методы отверждения, а прочность на сжатие была испытана с 7 -го -го дня до тех пор, пока прочность не превысила стандартную прочность 7 -го . Конкретный рабочий процесс и метод измерения температуры обсуждаются ниже.
Сначала вырыли котлован глубиной 15 см и выровняли дно. Затем образцы были аккуратно помещены в яму, и промежуток был заполнен мелким заполнителем и уплотнен.Верх был покрыт белым геотекстилем для сохранения влаги, а вода разбрызгивалась на поверхность каждый день в полдень. Фотографии размещения образцов были показаны на рисунке 4.
Три образца использовались для измерения температуры. На каждом образце четыре датчика температуры были встроены в верхнюю, среднюю внешнюю, нижнюю и центральную части тела, которые использовались для измерения температуры различных частей каждого образца. На рис. 5 схематически показано расположение датчиков температуры, среди которых центральный датчик был встроен в процесс производства образца, а три внешних датчика были позже закреплены на поверхности.Изображения, показывающие центральные датчики и средние внешние датчики, приведены на рисунке 6. Во время периода отверждения на открытом воздухе для измерения температуры использовался переносной термометр, и частота измерения составляла 1 показание / час.
4. Характеристики материала и методы испытаний
4.1. Характеристики цемента
В эксперименте использовался цемент Harbin TIANE 425 #. Технические показатели цемента приведены в таблице 1. Обратите внимание, что дозировка цемента составляет 5% от массы заполнителя.
| |||||||||||||||||||||
4.2. Агрегат марки
. Используемые агрегаты были четырех размеров: 2 см – 3 см, 1 см – 2 см, 0,5 см – 1 см и 0 см – 0,5 см. Используемый гравий соответствовал требованиям «Технических условий для строительства дорожного покрытия (JTJ034-2000)». Марка композитного заполнителя представлена в таблице 2.
Как видно из Таблицы 3, когда отверждение продолжалось до 12 -го дня, значение «Температура × Время» в верхнем положении достигло 3569 ° C · ч, что превысило стандартное отверждение на 7 чт сут 3360 ° C · час.Однако она составляла всего 2498 ° C · ч в нижнем положении и 2979 ° C · ч в центральном положении. Основываясь на теории зрелости, можно считать, что прочность на сжатие в верхнем положении достигла стандартной прочности 7 th , а в среднем и нижнем положениях не достигла стандартной прочности 7 th . Это также может быть хорошим объяснением того, почему бурение керна на строительной площадке иногда может дать сбой, когда только верхняя часть является твердой, а нижняя часть довольно рыхлая, как показано на рисунке 9. 5.2.2. Закон увеличения прочности при отверждении при естественной температуре на открытом воздухеНа рисунке 10 показан закон увеличения прочности при отверждении при естественной температуре на открытом воздухе. Прочность на сжатие увеличивается с увеличением количества дней выдержки. Прочность на 7-й день составляла 2,2 МПа, что составляло всего 62,9% от стандартного отверждения, и достигла стандартной прочности 7 th , когда количество дней достигло 13. 6. Сравнение закона увеличения прочности и установление зрелости-прочности Модель6.1. Сравнение закона увеличения прочности при четырех условиях отвержденияНа рисунке 11 представлены сравнения кривых увеличения прочности на сжатие при различных условиях отверждения. Можно сделать следующие выводы: (1) Во всех четырех случаях прочность на сжатие увеличивалась с увеличением времени отверждения. Прирост скорости отверждения при низкой температуре был ниже, чем при отверждении при стандартной температуре отверждения. Коэффициенты усиления можно отсортировать в порядке убывания (от высокого к низкому): отверждение при стандартной температуре> отверждение при естественной температуре на открытом воздухе> отверждение при постоянной низкой температуре> отверждение при дневной интерактивной температуре, в котором разница между двумя последними была незначительной.(2) Кривые увеличения прочности для четырех случаев соответствовали логарифмической кривой с видом функции. После калибровки модели было обнаружено, что средний коэффициент усиления для стандартной температуры составил a = 1,0152, для постоянной низкой температуры 10 ° C — a = 1,4635, для дневной интерактивной температуры — a. = 1,5106, а для естественной температуры наружного воздуха средний коэффициент усиления составил a = 1,6107. (3) Для достижения той же силы, равной 3.При 5 МПа количество дней, необходимых для каждого из этих четырех случаев, было показано следующим образом: 7 дней для стандартной температуры, 14 дней для постоянной низкой и дневной температуры взаимодействия и 13 дней для температуры наружного воздуха. (4) 7 th day, стандартная прочность достигла 3,5 МПа, в то время как остальные три составляли 2,2 МПа, 2,1 МПа и 2,2 МПа, соответственно, что составляло только 62% или около того. (5) Среди трех случаев низкотемпературного отверждения Кривые постоянной низкой температуры и естественной температуры наружного воздуха были такими же до дня 11 —, оба из которых также были очень близки к случаю дневной температуры взаимодействия, хотя дневной интерактивный прирост был самым медленным среди этих трех случаев.Теория зрелости будет использована для объяснения этого результата в следующем разделе. 6.2. Оценка и прогноз модели зрелости-прочностиСмесь щебня, стабилизированного цементом, состоит в основном из цемента, рассортированного щебня и воды. По составу аналогичен цементобетону. Единственная разница заключается в дозировке цемента. Теория зрелости широко используется для прогнозирования прочности цементного бетона. Таким образом, с точки зрения состава материала функция прогнозирования может быть установлена на основе теории зрелости для прогнозирования прочности на сжатие 5% -ной цементно-стабилизированной смеси щебня.Поскольку цементно-стабилизированный щебень можно рассматривать как цементный бетон с низкой дозой цемента, есть четыре функции, которые можно использовать на основе существующих исследований цементного бетона, включая степенную функцию, логарифмическую функцию, экспоненциальную функцию и гиперболическую функцию [25 ]. Зрелость трех экспериментов в помещении была рассчитана и показана в таблицах 4 и 5. Соотношение между зрелостью и силой в трех случаях показано на рисунке 12. Кажется, что логарифмические функции являются лучшими прогностическими кривыми во всех трех случаях. и, следовательно, он использовался в качестве предпочтительной функции для цементно-стабилизированной щебеночной смеси.Кроме того, путем объединения данных по всем трем случаям и разработки единой прогнозной модели параметры a = 1,9358 и b = 12,183 были получены путем аппроксимации данных по прочности на сжатие и зрелости, а коэффициент корреляции составил R . 2 = 0,9907. Короче говоря, модель прогнозирования зрелости и прочности 5% цементно-стабилизированной щебеночной смеси была.
Для случаев естественного отверждения на открытом воздухе данные центрального положения использовались для расчета зрелости. Следует отметить, что один час использовался в качестве диапазона температур, затем накапливались в один день и снова накапливались по дням, чтобы получить стоимость погашения.Используя полученную функцию для прогнозирования прочности на сжатие при отверждении на открытом воздухе, результаты показаны в таблице 6. Обратите внимание, что эти результаты были очень близки к испытанной прочности, а коэффициент корреляции достиг 99,865%, что ясно указывает на высокий точность модели. Согласно модели, прочность на сжатие при низкотемпературном отверждении может быть спрогнозирована с учетом зрелости, что дает справочную информацию для расчета прочности и определения графика строительного проекта для инженерных приложений.
7. ЗаключениеВ настоящем исследовании обсуждается закон увеличения прочности на сжатие 5% -ного цементного щебня при низкотемпературном отверждении, с особым акцентом на отверждение при различных температурах, которые аналогичны различным температурам воздуха в реальный мир. В этой статье были проведены эксперименты с тремя вариантами отверждения при комнатной температуре и одним естественным отверждением на открытом воздухе. Экспериментальные результаты показали, что прочность на сжатие увеличивалась с увеличением времени отверждения во всех четырех случаях и что скорость увеличения при низкой температуре была меньше, чем при стандартной температуре. Коэффициенты усиления можно отсортировать в порядке убывания: отверждение при стандартной температуре> отверждение при естественной температуре на открытом воздухе> отверждение при постоянной низкой температуре> отверждение при дневной интерактивной температуре.Стандартная прочность достигла 3,5 МПа на 7 -й день, в то время как остальные составляли только 62% или около того. Численные результаты также показали, что для достижения той же прочности 3,5 МПа количество дней, необходимых для каждого случая низкой температуры, составляло 14 дней как для постоянной низкой, так и дневной температуры взаимодействия и 13 дней для температуры наружного воздуха. Согласно температурным данным и информации о прочности, собранной в ходе нескольких испытаний в помещении, была создана оценочная модель для прогнозирования прочности на основе теории зрелости.Доказано, что модель обладает способностью прогнозировать с высокой точностью на основе подтвержденных результатов, полученных на основе данных наружных испытаний. По мере развития направления исследований в будущем характеристики, связанные с прочностью на сжатие в долгосрочной перспективе, также могут быть исследованы с большим количеством данных, собранных с течением времени. Доступность данныхДанные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу. Конфликт интересовАвторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. БлагодарностиАвторы выражают искреннюю благодарность Национальной программе ключевых исследований и разработок Китая (2017YFF0205600) за финансовую поддержку. Влияние температуры смешивания и отверждения на развитие прочности и структуру пор массового бетона с добавлением золы-уноса развитие прочности высокопрочного бетона.Бетонные стены были спроектированы с использованием трех разных размеров и трех разных типов бетона. Эксперименты проводились в типичных летних и зимних погодных условиях. Были записаны истории изменения температуры в различных местах в стенах и измерены изменения прочности бетона в этих местах. Основными исследованными факторами, влияющими на развитие прочности полученных образцов, были содержание связанной воды, продукты гидратации и структура пор.Результаты испытаний показали, что повышенные летние температуры не повлияли на прирост прочности в раннем возрасте бетона, изготовленного с использованием обычного портландцемента. Развитие прочности было значительно увеличено в раннем возрасте в бетоне, сделанном с использованием богатого белитом портландцемента или с добавлением летучей золы. Повышенные температуры привели к длительной потере прочности как в бетоне с высоким содержанием белита, так и в бетоне, содержащем летучую золу. Долговременная потеря прочности была вызвана снижением степени гидратации и увеличением общей пористости и количества более мелких пор в материале.1. ВведениеВысококачественный бетон все чаще используется при строительстве высотных зданий, мостов и морских сооружений. Если для колонн или других элементов большого сечения массивных бетонных конструкций используется высокопрочный бетон, центральная температура элементов будет быстро расти в раннем возрасте из-за тепла гидратации, и высокие температуры будут оставаться в элементе в течение относительно длительного периода времени. из-за низкой теплопроводности бетона.Высокие температуры, как правило, ускоряют развитие прочности бетона в раннем возрасте, снижая при этом длительное развитие прочности. Эти повышенные температуры приведут к физическим и химическим превращениям в бетоне [1–7]. Различные исследователи изучали микроструктуру и гидратацию, чтобы объяснить эти эффекты. Сообщалось, что потеря долговременной прочности вызвана как физическими, так и химическими воздействиями. Физические эффекты заключаются в увеличении пористости и увеличении числа микротрещин в цементном тесте, последнее вызвано большими различиями в коэффициентах теплового расширения бетона [8–18].К химическим эффектам относятся изменения в структуре продуктов гидратации и потеря воды в бетоне [19–24]. Большинство исследований цементного теста, раствора и бетона проводилось с образцами, гидратированными при комнатной температуре, на ровной поверхности и на ранних стадиях гидратации. Недостаточно информации о высокоэффективном сырном сырье при повышенных температурах в массовых конструкциях. В технической литературе очень мало исследований о влиянии внешних погодных условий на развитие прочности высокопрочного бетона в массовых конструкциях. Это исследование предоставило данные, необходимые для установления ограничения на максимально допустимую внутреннюю температуру массивной конструкции, такой как конструкция ядерной установки, фундамент моста или морское сооружение, чтобы гарантировать прочность и долговечность конструкции. В этой статье мы сообщим о некоторых экспериментальных работах по изучению увеличения прочности на сжатие при различных температурах во время смешивания, укладки и отверждения бетона в массовых конструкциях. Бетонные стены были спроектированы с тремя разными глубинами, равными 1.5 м, 0,8 м и 0,3 м, состоящий из трех разных типов бетона и обработанный в двух различных климатических условиях. Были записаны истории изменения температуры в разных местах стен и представлены прочность на сжатие, степень продуктов гидратации и микроструктура бетона в этих местах. 2. Схема эксперимента2.1. Смешивание и материалыВ этом исследовании использовались три типа бетона: бетон, изготовленный из обычного портландцемента (OPC), из портландцемента с высоким содержанием белита (BPC) и из обычного портландцемента с добавлением 40% летучей золы (FPC).Этот уровень летучей золы все чаще используется для изготовления высококачественного бетона в массовых конструкциях. Свойства цемента показаны в таблице 1. Зола-унос, соответствующая JIS A 6201, имела свойства, указанные в таблице 2. Заполнитель состоял из щебня песчаника (максимальный размер: 20 мм, плотность: 2,65 г / см. 3 , абсорбция: 0,72% и модуль крупности: 6,0) и строительный песок (плотность: 2,58 г / см3, абсорбция: 2,07% и модуль крупности: 2,69). В качестве добавок использовались восстановитель воздуха и восстановитель воды с высоким содержанием воды.Их количество приведено в таблице 3. Бетон смешивали в двухвальном смесителе (200 л). После первого перемешивания раствора в течение 50 секунд был добавлен крупнозернистый заполнитель, и полученный бетон перемешивался еще 90 секунд. Смешивание проводилось летом и зимой, чтобы обеспечить два типа погодных условий. В таблице 3 представлены состав и свойства свежего бетона.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||