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

Зависимость прочности бетона от температуры затвердевания.

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

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

Твердение при высоких температурах. 

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

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

Производство работ и основные требования к бетону в зимний период. 

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

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

Негативное влияние низких температур. 

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

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

Обеспечение правильного твердения бетона зимой. 

 Стимулировать процесс можно двумя путями:

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

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

Температура твердения бетона

Бетон	Срок твердения, суток	Среднесуточная температура бетона, °С
		-3	0	+5	+10	+20	+30
		прочность бетона на сжатие % от 28-суточной
М200 — М300 на портландцементе М-400, М-500	1	3	5	9	12	23	35
	2	6	12	19	25	40	55*
	3	8	18	27	37	50	65
	5	12	28	38	50	65	80
	7	15	35	48	58	75	90
	14	20	50	62	72	90	100
	28	25	65	77	85	100	—

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.

При какой температуре заливают бетон, оптимальная температура твердения бетона

Одним из важных критериев набора бетоном требуемой прочности (прочность на сжатие) является температура его твердения. Несоблюдения температурного режима на строительной площадке может вылиться в значительное увеличение сроков сдачи объекта или, что значительно хуже, в изъяны будущей конструкции.

Именно поэтому еще на этапе планирования монолитных работ необходимо четко уяснить, при какой температуре заливают бетон. За эталонные условия, при которых бетон набирает максимальную (марочную) прочность за 28 суток принято считать +20°C. Этот показатель обозначается R28 и принимается равным единице при данных условиях. В других ситуациях прочность принимает дробное значение. Так 0,3 R28 означает 30% проектной прочности.

Зависимость прочности бетона от температуры и времени выдерживания представлена в таблице:

Прочность бетона от температуры и времени

Время твердения бетона, сут	Относительная прочность бетона при температуре твердения
		-3°C	0°C	5°C	10°C	20°C	30°C
1	0,03	0,05	0,12	0,21	0,34	0,37
2	0,06	0,12	0,19	0,32	0,5	0,52
3	0,08	0,18	0,23	0,38	0,6	0,6
7	0,15	0,28	0,31	0,51	0,78	0,75
14	0,2	0,3	0,37	0,6	0,9	0,85
28	0,25	0,36	0,43	0,7	1,0	0,93
56	0,3	0,4	0,49	0,79	1,08	1,0

Данные в таблице приведены для лабораторных условий и марок цементов, имеющих нормальную скорость твердения. В реальных же условиях и температура меняется в значительных диапазонах, и раствор может иметь разные характеристики. Поэтому рекомендуется немного увеличивать сроки выдерживания.

Заливка бетона при низких и высоких температурах

Основной совет, который можно дать людям, которые строят что-то своими руками, не прибегая к профессиональной помощи и технике, это заливать бетон летом при температурах выше 10°C (в крайнем случае – выше 5°C). Тогда бетон затвердеет в нужной степени за достаточно короткий срок.

Если же температура за время выдерживания может опуститься ниже 5°C, то следует подумать о технологиях прогрева бетона или сохранения выделяемого им тепла. Особенно это актуально в первые дни, когда происходит схватывание. Если в это время вода в растворе кристализуется, то лед попросту разорвет образовавшиеся связи цемента с наполнителем и конечное изделие получится крайне хрупким.

С другой стороны при температурах выше 30°C возникает проблема чрезмерного испарения влаги из тела бетона, что также негативно сказывается на его качестве. В этом случае залитый бетон необходимо накрывать защитной пленкой и периодически поливать его поверхность водой.

Для измерения температуры можно использовать бесконтактный термометр (пирометр), например, такой, как на видео:

Прочность бетона при распалубке и его нагрузка

Распалубку бетона можно проводить при достижении прочности в районе 50%, то есть на третий день при температуре воздуха 20°C. При достижении им 60-70% допускается производить частичную нагрузку конструкции.

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

график твердения В25 в зависимости от температуры, время созревания, таблица, скорость схватывания

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

Как это происходит

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

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

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

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

Как использовать бетон марки м200, указано в статье.

На видео показывают проверку бетона на прочность сжатия.

Какова пропорция бетона м200 на 1 куб указано здесь.

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

Временные рамки

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

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

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

На видео – набор прочности бетона в зависимости от температуры:

Какова прочность бетона в15 указано здесь.

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

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

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

Условия

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

Какова характеристика бетона класса в 25 указано в статье.

Температура

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

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

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

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

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

Как сделать бетон для отмостки пропорции, указано в статье.

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

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

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

Время

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

Таблица 1 – Набор прочности в зависимости от количества дней

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

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

Состав и характеристики бетона

Так как после заливки бетон способен приобретать прочность по причине своего выделения тепловой энергии, то после замерзания жидкости этот процесс останавливается. По этой причине на момент проведения всех работ в зимнее время необходимо задействовать смеси, в составе у которых имеются противоморозные добавки. Цемент марки М-400 необходимый для приготовления бетона изготавливают согласно жестким техническим нормам ГОСТ 31108.

На фото – состав и характеристики бетона

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

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

Влажность

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

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

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

Специальные добавки

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

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

Электропрогрев

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

Согласно ГОСТ

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

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

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

Набор прочности бетона — график зависимости от температуры

Показатель прочности — основная характеристика бетона как конструкционного материала. Одним из его свойств является набор прочности бетона со временем. Только после полного затвердевания можно сделать оценку качества, поскольку показатель достигает максимальных значений.

Как бетон набирает прочность?

После укладки в смеси начинают происходить физико-химические процессы по превращению его в прочную основу для строительной конструкции. Как только под их влиянием вода и цемент вступают во взаимодействие, раствор постепенно теряет свою подвижность и изменяет свойства. Формирование новой структуры происходит в течение определенного времени. Вызревание бетона предполагает прохождение раствором двух стадий: начальной — схватывания, и завершающей — затвердевания. Их прохождение дает возможность получить прочностные свойства соответствующие бетону определенного класса и марки.

Стадия схватывания

Во время транспортировки в автобетоносмесителе смесь остается подвижной благодаря постоянному перемешиванию и тиксотропным ее свойствам. Прекращение механического воздействия на раствор после заливки увеличивает его вязкость, и он начинает схватываться. Все выявленные дефекты нужно устранять в начале первой стадии вызревания, она начинается сразу после заливки бетонной смеси и длится недолго.

Время схватывания зависит от температуры воздуха. Постоянная температура +20°С считается идеальным условием для первой стадии застывания раствора, позволяющим ему схватиться за 3 часа. При изменении этого условия длительность схватывания может уменьшиться или увеличиться. Дольше всего эта стадия длится при температурных значениях окружающего воздуха близких к 0 градусов.

Стадия твердения

После окончательного схватывания раствора начинается стадия твердения. На начальном этапе заполнитель, скрепленный кристаллизованными частицами цемента, не обеспечивает требуемую прочность. Но с началом реакции гидратации, твердение становится наиболее динамичным. Бетонная основа за 7 суток становится намного прочнее. За этот небольшой отрезок времени бетон набирает 70 процентов прочности. После происходит замедление этого процесса и еще 25% твердости набираются на протяжении трех недель. Полное затвердевание происходит через несколько лет.

Сколько бетон набирает прочность?

Если марка раствора определяется через 28 дней после заливки, то это и есть ответ на интересующий многих вопрос, за сколько бетон набирает твердость. Но не стоит забывать о некоторых особенностях набора прочности бетона в зависимости от температуры:

• При низких температурах воздуха значения прочности растут медленнее;
• При нулевой отметке вовсе не твердеет, поскольку гидратация цемента из-за замерзшей воды становится невозможной, потепление активизирует набор твердости;
• Влажная среда помогает бетонному основанию становиться прочнее;
• При пониженной влажности набор замедляется и даже может прекратиться, из-за нехватки воды, которая нужна для гидратации вяжущего.

Зависимость времени набора прочности от температуры

По приведенным в таблице данным видно, что временной показатель затвердевания бетонной основы зависит от марки и температурных условий.

Нужно иметь в виду, что скорость затвердевания раствора – величина непостоянная. На графике хорошо видно, что набранная скорость в первую пятидневку затем начинает постепенно уменьшаться. Временной интервал, в котором происходит ускоренное твердение раствора, принято называть периодом выдерживания. В это время важно обеспечить залитому раствору необходимые температурные и влажностные условия.

Хотя график набора прочности бетона составлен на месяц, данный процесс выходит за рамки этого временного периода (СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции). Для окончательного затвердевания конструкции могут потребоваться годы.

От чего зависит набор прочности?

Если созданы благоприятные условия, то бетонное основание затвердевает за 28 дней. Но под влиянием некоторых факторов время набора прочности может увеличиваться или наоборот сокращаться. Срок затвердевания бетонного камня зависит от:

• Постоянства температурных показателей во время вызревания бетона;
• Уровня влажности;
• Возможных атмосферных осадков и их интенсивность;
• Марки цемента;
• Времени выполнения заливки.

Температура

Если говорить о влиянии температуры окружающей среды на набор прочности бетона, то здесь действует следующее правило: чем холоднее, тем больше времени займет затвердевание бетонного основания. При отрицательной температуре процесс останавливается, из-за чего время окончательного затвердевания увеличивается. Поэтому на севере, где вызревание бетонного камня проходит в условиях низких температур, процесс может длиться годами.

Такой большой срок обусловлен тем, что вода, необходимая для реакции гидратации не может испаряться, поскольку постоянно замерзает. Но при наступлении тепла и повышении температуры воздуха до положительных значений, процесс затвердевания бетонной конструкции возобновляется.

Время

При определении сроков проведения работ по бетонированию основания строительной конструкции пользуются таблицей набора твердости. В ней приведены прочностные показатели, которых достигает бетонный камень через определенный отрезок времени после заливки при разных температурных значениях.

Влажность

Понижение влажности окружающего воздуха в месте бетонирования отрицательно сказывается на процессе твердения бетонного камня. В сухом воздухе испарение воды из раствора происходит намного быстрее, поэтому скорость набора необходимой прочности бетона достаточно высокая. Но ускоренная гидратация цемента недостаточно скрепляет компоненты, и бетонная основа получается непрочной.

Оптимальный показатель влажности 66-70%.

Летом время застывания заливки зависит от влажности основы. При максимальной влажности повышается скорость нарастания твердости.

Цемент и добавки

Использование при замесе раствора портландцемента разных марок приводит к изменению времени его твердения. Поскольку, чем выше марка цемента, тем меньше дней требуется бетону, чтобы набрать марочную прочность. Существенное влияние на скорость застывания смеси оказывает ее состав и характеристики исходных материалов.

Зимой в раствор добавляют противоморозные смеси. Поскольку сразу после заливки он сможет немного затвердеть благодаря тепловыделению, а вот после замерзания воды процесс прекращается.

Летом наоборот лучше замедлить испарение влаги, чтобы защитить конструкцию от преждевременного пересыхания. Это несложно сделать с помощью специальных добавок, которые также улучшат прочностные показатели бетона.

Если в составе будут пористые материалы, то испарение влаги будет происходить медленнее.

Для быстрого нарастания твердости бетона и получения качественной конструкции нужно обеспечить надлежащий уход. Причем начинать ухаживать следует сразу после заливки, и продолжать до момента снятия опалубки. Полная нагрузка конструкции возможна только после получения бетоном расчетной прочности.

Набор прочности бетона в зависимости от температуры

Этапы твердения раствора

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

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

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

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

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

От чего зависит и как быстро происходит набор прочности бетона

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

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

Стадия схватывания

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

Теплая погода

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

Прохладное время года

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

Уменьшение вязкости раствора

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

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

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

Стадия твердения

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

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

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

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

От чего зависит набор прочности?

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

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

Температура

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

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

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

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

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

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

Время

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

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

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

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

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

Состав и характеристики цемента

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

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

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

Марка бетона (по прочности на сжатие)	Критическая прочность (процент от марочной), минимум
для предварительно напряженных конструкций	70
М15 – 150	50
М200 – 300	40
М400 – 500	30

Влажность

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

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

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

tehno-beton.ru

Факторы, влияющие на прочность

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

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

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

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

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

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

Методы ускорения застывания бетона

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

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

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

Набор прочности по графику

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

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

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

Влияние температуры отверждения на долговечность бетона в условиях высокой геотермальной среды

Чтобы определить долговечность бетона при фактической температуре и влажности окружающей среды туннеля, в этом исследовании исследуются механические свойства, проницаемость для ионов хлора, относительный динамический модуль упругости, и коэффициент потери массы образцов бетона, отвержденных при температуре, которая изменялась от нормальной, 40, 60, 75 и 90 ° C, а влажность постоянно поддерживалась на уровне 90%. Экспериментальные результаты показывают, что отверждение при высоких температурах может способствовать развитию прочности на ранней стадии, но снижает долговременную прочность.Доказано, что 60 ° C — критическая точка. При температуре выше 60 ° C прочность бетонного материала и его сопротивление проницаемости для хлорид-ионов показали тенденцию к снижению; однако в соответствующем температурном диапазоне морозостойкость бетона улучшается с повышением температуры.

1. Введение

По мере развития западного мира методы добычи полезных ископаемых и понимание подземной инженерии постепенно улучшались. Создание глубоких туннелей в пластах во многих странах высветило ущерб, который может быть причинен сильно геотермальной средой; эти вопросы приобретают все большее значение в подземном строительстве [1–4].Это повреждение может серьезно повлиять на конструкцию туннеля и его долговечность, а также может привести к изменению физического поведения бетона.

Ли и др. [5] исследовали влияние среды отверждения горячего источника на характеристики бетона. Это исследование показало, что при высоких температурах в бетоне легче образуются пузыри. Ян и Цуй [6] обнаружили, что температуры отверждения выше 50 ° C значительно стимулируют реакционную способность цемента за счет измельчения мелкодисперсного шлакового порошка и цемента, летучей золы, композиционного материала кремниевой золы и гелеобразного материала.Tang et al. [7] исследовали влияние температуры на прочность сцепления горных пород, окруженных торкретбетоном, и обнаружили, что повышение температуры приводит к усадке торкретбетона и ухудшению сцепления с продуктами гидратации, что приводит к увеличению пор на границе раздела. Описанные выше исследования показывают, что температура окружающей среды влияет на прочность сцепления и структуру пор бетонных опорных конструкций во время строительства и на ранних этапах. Когда требуются заданные характеристики, влияние теплового отверждения на свойства бетона необходимо учитывать в процессе проектирования бетона, поскольку тепло может влиять на микроструктурные свойства и долговечность бетона [8].

В настоящее время исследования прочности бетона больше не ограничиваются одной окружающей средой, а могут проводиться с учетом множества факторов. Jin et al. [9] путем экспериментов с использованием трех типов систем сухой и влажной циркуляции определили закон разрушения бетона под нагрузкой, карбонизацией и воздействием хлоридов. Holt et al. [10] обнаружили, что результаты, полученные в результате лабораторных однофакторных исследований ускоренного разрушения бетона, значительно отличаются от результатов, полученных при воздействии, и для физических испытаний следует учитывать комбинированное действие нескольких факторов; Эти исследования показывают, что на долговечность материала и конструкции бетона влияет совокупное действие нескольких факторов [11].Многофакторная долговечность бетона. Исследования обычно рассматривают такие факторы разрушения, как повреждение при замерзании-оттаивании, карбонизация и коррозия, вызванная хлоридом [12]. Замораживание-оттаивание (F – T) — одна из наиболее агрессивных форм воздействия на бетон, поскольку циклы F – T могут вызвать серьезное внутреннее растрескивание и поверхностное растрескивание [13]. Было отмечено, что механическое замораживание и оттаивание в сочетании с попаданием вредных солей может значительно снизить долговечность бетонных конструкций [14].Это связано с тем, что коэффициент диффузии ионов хлора (CCID) для всего бетона увеличивается после воздействия циклов замораживания-оттаивания [15]; таким образом, диффузия хлорид-иона в бетон ускоряется [16]. Вследствие этого бетон теряет сопротивление механической нагрузке (т.е. происходит уменьшение динамического модуля упругости и прочности на сжатие).

Для исследования стойкости к эрозии хлорид-ионами Zhang et al. [17] проанализировали влияние добавок на диффузию хлорид-ионов в паровом и стандартном бетоне.Это исследование показало, что по сравнению со стандартным бетоном влияние парового отверждения на хлоридостойкость бетона является невыгодным. Коэффициент диффузии хлорид-ионов в бетоне увеличивается после отверждения паром, но после добавления минеральной добавки свойства хлорид-иона стандартного и парового бетона заметно улучшаются. Wang et al. [18] изучили разницу между долговечностью торкретбетона и обычного бетона и показали, что добавление стальной фибры улучшает долговечность напыленного бетона, но в отношении хлорид-ионной эрозии улучшенные характеристики не были очевидны.

Основываясь на вышеупомянутом анализе, исследования влияния циклов замерзания-оттаивания и коррозии на ускоренный торкретбетон были ограниченными и бессистемными [19]. В настоящее время исследовательские работы редко включают всестороннее изучение механических свойств, проницаемости для ионов хлора и антифриза бетона при различных температурных градиентах.

В связи с этим, а также для предотвращения коррозии бетонных конструкций из-за температуры, хлорид-ионов, условий замораживания-оттаивания или комбинации этих факторов, это исследование было выполнено при нормальной температуре, 40, 60, 75 и 90 ° C при относительной влажности 90%.Механические свойства, проницаемость для хлорид-иона, относительные динамические модули упругости и коэффициенты потери массы были определены, чтобы лучше понять долговечность бетона.

2. Экспериментальное исследование

2.1. Экспериментальная информация

ГЭС Кирехатэр расположена в среднем и нижнем течении реки Ташкур. Отводной туннель проходит через высокогеотермическую среду между Y7 + 010 и Y10 + 355 (рис. 1), которая является причиной попадания водяного пара во вход в туннель во время строительства из-за высокой температуры в основном отверстии (рис. 2).Опоры туннеля из бетона выдерживались в условиях высокой температуры и высокой влажности, которые в процессе строительства были измерены при температуре до 95 ° C и влажности 90%. Кроме того, в эксплуатационный период температура реки Ташкур была изменена с нуля до 12 ° C. Это обязательно повлияет на прочность и долговечность бетона.

2.2. Экспериментальные условия и материалы

Эти экспериментальные условия в данной работе основаны на реальной температуре и влажности окружающей среды туннеля [7]; следовательно, рабочими условиями, выбранными для испытаний, были относительная влажность 90% и температура 40, 60, 75 и 90 ° C, а также нормальная температура (таблица 1).Исследование прочности бетона в этих температурных средах проводилось на основе лабораторных испытаний при выбранных условиях. Камера высокотемпературного отверждения показана на рисунке 3.

Условия испытаний Температура (° C) Возраст (d) 90% RH 40 60 75 90 Нормальный (20) 3, 7, 28

Как показано в таблице 2, сырье, используемое для бетон состоял из цемента Taihang (класс прочности: P.042,5), чистый речной песок (модуль крупности 2,70) и измельченный заполнитель хорошего качества (диапазон размеров частиц 5–15 мм). Добавки включали ускоритель HZC-1, восстановитель UNF-2A и волокно RS2000 (Roycele). Состав смеси представлен в Таблице 3.

Материал Цемент Гравий Песок Угольная зола Водоредуктор Ускоритель Волокно Тип P.042,5 Непрерывная сортировка 5–15 мм Песок машинного производства, средний песок с модулем тонкости 2,70 II с тонкостью помола 18,5 UNF-2A нафталин типа HZC-1 типа Roycele RS2000

Объем использования материала (кг / м 3 ) Водоцементное соотношение Вода Цемент Угольная зола (20% ) Песок Гравий Редуктор воды (0.7%) Ускоритель (4%) Волокно 0,42 196 373 93 895 860 3,27 18,67 1

2.3. Экспериментальная установка и методология

2.3.1. Испытание на одноосное сжатие

Испытания на одноосное сжатие были проведены на кубических образцах бетона со стороной 100 мм в течение 3, 7 и 28 дней в соответствии с методологией испытаний механических свойств обычного бетона (GB50081-2002, Китай).Для этих испытаний использовалась управляемая компьютером электрогидравлическая сервоприводная трехосная испытательная машина для горных пород TAW-2000. Когда окончательная прочность бетона на сжатие была получена, ее умножили на коэффициент преобразования 0,95.

2.3.2. Тест на стойкость к проникновению хлорид-иона

В этом эксперименте был проведен тест на стойкость к проникновению хлорид-иона (RCM) на основе «Стандартного метода испытаний для долгосрочных характеристик и долговечности обычного бетона» (STPDC) китайского стандарта (GB -Т50082-2009).Размер формы, которую использовали в этом испытании, составлял 100 мм × 50 мм. Образец был прикреплен к одному концу рукава из силиконовой резины обручем, а сторона цилиндра была герметизирована (рис. 4 (а)). Анодная пластина была помещена в резиновую втулку, а катодная пластина была помещена на дно резиновой втулки (красный порт — анод, черный — катод), к которому катодный раствор (10% -ный раствор NaCl) и Добавляли анодный раствор (0,3 моль / л раствор NaOH). Следует отметить, что эти растворы должны быть приготовлены за 24 часа до эксперимента и запечатаны при постоянной температуре (20 ~ 25 ° C).Затем был определен коэффициент переноса хлорид-иона бетона с помощью измерителя хлорид-иона (рис. 4 (б)).

(a) Испытательное устройство
(b) Измерение коэффициента переноса хлорид-ионов
(a) Испытательное устройство
(b) Измерение коэффициента переноса хлорид-иона

Нестационарный коэффициент переноса хлорида бетон рассчитывается следующим образом: где — RCM на основе STPDC, в м ² / с; — абсолютное значение используемого напряжения в В; — среднее значение начальной и конечной температур анода, ° C; — толщина образца, м; — средняя глубина проникновения хлорид-иона в бетон, мм; и — продолжительность испытания, ч.

2.3.3. Тест замораживания-оттаивания бетона

Для теста замораживания-оттаивания бетона в этой работе использовался метод быстрого замораживания-оттаивания, который проводился на образцах, отвержденных в течение 28 дней. Размер образца 100 мм × 100 мм × 400 мм. Группа сравнения была создана в соответствии со стандартом GB-T50082-2009 «Стандартный метод испытаний на долговечность и долговечность обычного бетона». Анализы замораживания-оттаивания проводили каждые 25 циклов. Максимальное количество циклов замораживания-оттаивания составляло 100. Массу и относительный модуль упругости каждого образца бетона измеряли после 25, 50, 75 и 100 циклов замораживания-оттаивания.Согласно спецификациям метода испытаний, когда относительный динамический модуль упругости образца упал до 60%, испытание было остановлено.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Прочность на одноосное сжатие

Значения прочности на сжатие бетона через 3, 7 и 28 дней показаны в таблице 4.

Температура RH% 3 d 7 d 28 d Нормальный 90 23.81 29,64 32,25 40 ° C 28,71 33,06 34,73 60 ° C 34,06 35,68 37,26 75 ° C 26,76 27,48 28,99 90 ° C 25,11 25,19 26,91

3.1.1. Влияние температуры

Результаты испытаний на прочность при сжатии можно разделить на три набора рабочих условий, а именно, 3-дневное, 7-дневное и 28-дневное время отверждения.Когда температура отверждения образца находится в диапазоне около 60 ° C, прочность бетона на сжатие постепенно увеличивается с повышением температуры. В частности, когда температура достигла 60 градусов, кубики для испытаний из бетона достигли максимальной прочности 34,06 МПа, 35,68 МПа и 37,26 МПа для образцов, отвержденных в течение 3, 7 и 28 дней, соответственно. По сравнению с данными для бетона, отвержденного при нормальной температуре, прочность, измеренная при 60 ° C, показала увеличение на 43,05%, 20,38% и 15%.53% соответственно. Однако, когда температура превысила 60 ° C, значения прочности начали снижаться, указывая на то, что прочность бетона улучшается только в определенном диапазоне температур и до порогового значения. Кроме того, прочность на сжатие образцов бетона, выдержанных при 60 ° C, линейно увеличивается со временем до 28 дней. С повышением температуры прочность бетона на сжатие уменьшается, но общая прочность все еще выше через 28 дней, чем при выдержке в 3 или 7 дней.Эти результаты показывают, что температура действительно оказывает значительное влияние на прочность бетона на сжатие, но это не единственный фактор, который следует учитывать.

3.1.2. Влияние времени отверждения

При температурах от 40 до 90 ° C UCS после 28 дней отверждения увеличивается на 7,2–35,45% по сравнению с эквивалентным 3-дневным образцом и на 4,42–8,80% по сравнению с эквивалентом 7-дневная выборка. Это указывает на то, что с увеличением времени отверждения UCS постепенно увеличивается в условиях высокой влажности.Однако скорость увеличения снижается, когда время отверждения превышает 7 дней. Это связано с тем, что в среде с высокой влажностью более высокие температуры способствуют повышению скорости реакции гидратации цемента, способствуя этой реакции и приводя к быстрому увеличению прочности по сравнению с начальным временем отверждения. С возрастом влияние температуры становится все более очевидным. Свободная вода в капилляре внутри бетона постепенно испаряется и больше не может участвовать в реакциях гидратации на более поздних стадиях.Как следствие, увеличивается пористость и снижается скорость улучшения прочности.

3.2. Стойкость к проникновению хлорид-ионов

Влияние температуры на проницаемость для хлорид-ионов показано на рисунке 5. Из рисунка 5 видно, что тенденция, при которой она сначала снижается, но затем увеличивается с повышением температуры. По мере увеличения температуры, но все еще ниже 60 ° C, коэффициент миграции хлорид-ионов в бетоне постепенно уменьшается. Однако, когда температура отверждения превышает 60 ° C, коэффициент переноса хлорид-ионов имеет тенденцию к увеличению.В частности, когда температура достигает 75 ° C, становится очевидным внезапное увеличение этой тенденции. По сравнению с температурой окружающей среды коэффициент миграции хлорид-ионов увеличился на 70,28%. При температуре выше 75 ° C эта тенденция продолжается до тех пор, пока не наблюдается резкое увеличение коэффициента миграции хлорид-ионов при 90 ° C. Раствор AgNO ₃ был распылен на поверхность образцов бетона, отвержденных при 75 ° C и 90 ° C. Поверхности этих образцов обуглены (рис. 6).Это указывает на то, что бетон был разрушен проникновением хлоридов за указанный период времени.

(a) 75 ° C
(b) 90 ° C
(a) 75 ° C
(b) 90 ° C

На основании приведенного выше анализа по сравнению с остальными Температуры, мы обнаружили, что бетон, отвержденный при 60 ° C, имеет лучшую стойкость к проникновению хлорид-ионов, потому что эта температурная среда ускоряет скорость гидратации бетона, и образование гидратированного геля не может распространиться на поверхность бетона.Этот коллоид блокирует проникновение воды и делает реакцию внутренней гидратации неполной. В то же время из-за высокой температуры скорость испарения влаги в бетоне увеличивается, что приводит к увеличению пористости трещин в конструкции, что приводит к снижению плотности бетона.

3.3. Свойство морозостойкости

3.3.1. Относительный динамический модуль упругости

На рисунке 7 показан относительный динамический модуль упругости образцов бетона при различных температурах.Следует отметить, что образцы бетона при температуре 75 ° C и 90 ° C повреждаются после замораживания и оттаивания 75 циклов через 28 дней (Рисунок 8). Последующие испытания не могут быть продолжены, а данные об относительном модуле упругости и потерях массы могут быть записаны только 50 раз для цикла замораживания-оттаивания.

(a) Образец после 75 циклов замораживания-оттаивания при 75 ° C
(b) Образец после 75 циклов замораживания-оттаивания при 90 ° C
(a) Образец после 75 циклов замораживания-оттаивания при температуре 75 ° C
(b) Образец после 75 циклов замораживания-оттаивания при 90 ° C

Из рисунка 7 видно, что относительный модуль упругости быстро уменьшается при 75 ° C и 90 ° C после 75 циклов замораживания-оттаивания. .После 25 циклов замораживания-оттаивания относительный модуль упругости бетона в условиях отверждения 75 ° C снизился до 69,78%, а относительный модуль упругости бетона в условиях отверждения 90 ° C снизился до 70,56%. После 50 циклов замораживания-оттаивания относительный модуль упругости обоих образцов снизился до 65,48% и 61,04% соответственно. Внутренняя пористая структура бетона определяет морозостойкость бетона, так как она тесно связана с морозостойкостью [20]. Начальная скорость реакции гидратации бетона при условиях отверждения 75 ° C и 90 ° C очень высока.Гидратированный гель образовывался в основном на поверхности образца бетона и не успевал равномерно растекаться. Кроме того, присутствие коллоидных веществ блокировало попадание внешней воды в бетон и препятствовало дальнейшему протеканию реакции гидратации. Кроме того, в условиях высокой температуры окружающей среды скорость потери воды бетоном выше, что приводит к большей пористости в бетонной конструкции и значительно влияет на морозостойкость бетонной конструкции. В цикле замораживания-оттаивания замораживание и оттаивание повреждают внутреннюю структуру пор, и сломанные поры соединяются между собой, образуя более крупные поры.Вследствие этого явления дефекты внутренней структуры бетона продолжают увеличиваться. Во время процесса замерзания способность противостоять повышающемуся давлению холода будет постепенно снижаться, что в конечном итоге приведет к разрушению бетонных конструкций. В условиях выдержки 75 ° C и 90 ° C сопротивление бетона самому холодному давлению слабее, поэтому он лидирует по разрушениям. Как правило, в процессе замерзания и оттаивания относительный динамический модуль упругости бетона сначала достигает показателя разрушения.

По сравнению с относительными динамическими модулями упругости бетона при 75 ° C и 90 ° C, относительные динамические модули упругости бетона при нормальной температуре, 40 ° C и 60 ° C составили 84,85%, 86,80% и 95,37%, соответственно, после 25 циклов замораживания-оттаивания. Относительные модули упругости конкретных образцов были 79,40%, 78,02% и 86,10% после 50 циклов замораживания-оттаивания. Результаты лучше, чем при 75 ° C и 90 ° C. После 100 циклов замораживания-оттаивания относительный модуль упругости отвержденного образца при нормальной температуре снижается до 57.77%. Относительный модуль упругости бетонных образцов при 40 ° C и 60 ° C составил 63,08% и 68,11% после 100 циклов замораживания-оттаивания. Соответственно, в определенном диапазоне температур существует положительная корреляция между температурой и способностью бетона противостоять замерзанию и оттаиванию. Чем выше температура, тем лучше характеристики бетона по сопротивлению замерзанию и оттаиванию. За пределами определенного температурного диапазона, с повышением температуры, антизамерзание бетона будет снижаться.Правильная температура отверждения является благоприятной для реакции гидратации бетона, поскольку реакция может протекать полностью. Гель, полученный в результате реакции гидратации, может заполнить всю внутреннюю пору и уменьшить количество крупных пор, что является преимуществом для улучшения антизамерзания бетона.

3.3.2. Потеря массы

Потеря качества образцов бетона при различных температурах изменяется с циклами замораживания-оттаивания, как показано на Рисунке 9. Потеря качества стандартного образца отверждения после 100 циклов замораживания-оттаивания достигает 4.43%. Это связано с тем, что при отливке этой группы образцов, устойчивых к замораживанию-оттаиванию для испытания стальной модели, на поверхности образца в момент освобождения формы вызываются локальные повреждения. Таким образом, во время циклов замораживания-оттаивания части, падающие с поверхности образца, являются относительно серьезными, из-за чего скорость потери качества быстро увеличивается. Для повышения точности результатов измерений в следующих нескольких температурных условиях все образцы заливают в съемную стальную форму.

Как показано на Рисунке 9, во время более позднего периода цикла замораживания-оттаивания потеря массы образца при 75 ° C и 90 ° C больше, только образцы при 75 ° C имеют небольшое увеличение массы во время начального период цикла замораживания-оттаивания. После 75 циклов замораживания-оттаивания оба образца полностью разрушаются, и дальнейшие испытания невозможны (рис. 8). Следовательно, потеря массы измеряется после 50 циклов замораживания-оттаивания. Температура выдерживания этих образцов бетона в этих двух условиях превысила оптимальную температуру отверждения бетона при соответствующем соотношении компонентов смеси — гидратационный гель, полученный во время реакции гидратации, не может заполнить пустоты внутри пор бетона, что приводит к снижению прочности бетона. .В процессе повреждения от замораживания-оттаивания мелких пор становится все меньше и меньше, а крупных пор увеличивается. Из-за расширения бетона, вызванного высокотемпературным отверждением, поверхность образца трескается и отслаивается, и образец более склонен к разрушению во время цикла замораживания-оттаивания. Эти факторы привели к разрушению образцов бетона при 75 ° C и 90 ° C после 75 циклов замораживания-оттаивания, что является долгосрочными требованиями к морозостойкости. Для образцов бетона при 40 ° C и 60 ° C скорость потери массы в течение всего цикла замораживания-оттаивания была ниже, чем для образцов при 75 ° C и 90 ° C.После 100 циклов замораживания-оттаивания скорость потери массы образцов бетона при 40 ° C и 60 ° C составила 0,92% и 0,05% соответственно. После 75 циклов замораживания-оттаивания качество образца при 60 ° C немного повышается. Однако после 100 циклов замораживания-оттаивания качество образца при 60 ° C ухудшается.

Приведенные выше результаты показывают, что качество образца имело тенденцию к снижению с увеличением количества циклов замораживания-оттаивания. Потеря массы образцов бетона при 40 ° C и 60 ° C наименьшая за 100 циклов замораживания-оттаивания, а их морозостойкость — наилучшая.Порядок морозостойкости бетона при пяти температурных режимах: 60 ° C> 40 ° C> нормальная температура> 75 ° C> 90 ° C. Это указывает на то, что более высокая температура отверждения увеличивает пористость бетона и снижает его связывающую силу. По сравнению с ним морозостойкость хуже. В соответствующем температурном диапазоне морозостойкость бетона улучшается с повышением температуры.

4. Заключение

В этом исследовании были исследованы рабочие характеристики бетона, включая его механические свойства, проницаемость для хлорид-ионов, относительный динамический модуль упругости и коэффициент потери массы, чтобы выяснить долговечность бетона при различных температурах.Из исследования можно сделать следующие выводы: (1) В условиях высокой влажности, ранняя прочность бетона, очевидно, возрастает с повышением температуры отверждения, а более поздняя прочность увеличивается незначительно. Когда температура отверждения выше, чем критическая температура, прочность бетона снижается с повышением температуры. (2) Повышение температуры отверждения может способствовать реакции гидратации, которая благоприятна для твердения и целостности бетона.Однако, когда температура слишком высока, под действием температуры и тепла гидратации вода в бетоне испаряется в виде газа, который образует поры или пустоты и влияет на протекание реакций гидратации. Это приводит к снижению хлор-ионной стойкости и морозостойкости бетона. Кроме того, значительно снизилась прочность бетона. Чрезмерно высокая температура отверждения увеличивает пористость бетона и снижает его связывающую силу.Кроме того, распределение продуктов гидратации неравномерно. Потеря массы бетона значительна при циклах замораживания-оттаивания. В соответствующем диапазоне температур, морозостойкость бетона улучшается с увеличением температуры. (3) В процессе строительства бетона опорной системы в высокой температуре воды утечка тоннеле, температура каменной стены и влажность окружающей среды должны быть измерена в время. Когда температура каменной стенки слишком высока, следует использовать распылительное охлаждение и другие методы для снижения температуры каменной стенки, что может уменьшить влияние высокой температуры на долговечность бетона.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить за поддержку, полученную в результате финансирования исследовательских проектов Департамента образования провинции Хэбэй (грант № QN2015157).

Свойства бетона при повышенных температурах

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

1. Введение

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

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

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

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

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

2. Свойства, влияющие на огнестойкость

2.1. Общие

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

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

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

2.2. Термические свойства

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

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

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

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

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

2.3. Механические свойства

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

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

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

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

2.4. Деформационные свойства

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

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

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

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

2.5. Выкрашивание

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

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

3. Термические свойства бетона при повышенных температурах

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

3.1. Теплопроводность

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

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

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

3.2. Удельная теплоемкость

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

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

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

3.3. Потеря массы

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

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

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

4. Механические свойства бетона при повышенных температурах

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

4.1. Прочность на сжатие

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

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

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

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

4.2. Прочность на растяжение

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

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

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

4.3. Модуль упругости

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

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

4.4. Реакция на напряжение-деформацию

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

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

5. Деформационные свойства бетона при повышенных температурах

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

5.1. Термическое расширение

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

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

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

5.2. Ползучесть и переходные деформации

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

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

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

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

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

Андерберг и Теландерссон [82] разработали основные модели ползучести и переходных деформаций в бетоне при повышенных температурах. Эти уравнения ползучести и переходной деформации при повышенных температурах, предложенные Андербергом и Теландерссоном [82], имеют следующий вид: где = деформация ползучести, = переходная деформация, = 6,28 × 10 ⁻⁶ с ^−0,5 , = 2,658 × 10 ⁻³ K ⁻¹ , = температура бетона (° K) за время (с), = прочность бетона при температуре, = напряжение в бетоне при текущей температуре, = константа находится в диапазоне от 1.8 и 2.35, = термическая деформация и = прочность бетона при комнатной температуре.

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

6. Выкрашивание в результате пожара

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

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

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

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

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

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

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

7. Соотношения высокотемпературных свойств бетона

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

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

NSC — ASCE Manual 1992 HSC — Kodur et al. 2004 [10] NSC и HSC — EN1992-1-2: 2004 [4] Соотношение напряжение-деформация . , . . For, Еврокод допускает использование как линейной, так и нелинейной нисходящей ветви в численном анализе. Параметры этого уравнения см. В таблице 2. Теплоемкость Бетон из кремнистого заполнителя Бетон из карбонатного заполнителя Бетон из кремнистого заполнителя Бетон из карбонатного заполнителя Удельная теплоемкость ( Дж / кг C) , для 20 ° C ≤ ° C, , для 100 ° C <≤ 200 ° C, , для 200 ° C <° C, , для 400 ° C <≤ 1200 ° C. Изменение плотности (кг / м 3 ) = Контрольная плотность для 20 ° C ≤ ≤ 115 ° C, для 115 ° C <≤ 200 ° C, для 200 ° C <≤ 400 ° C, для 400 ° C <≤ 1200 ° C, Тепловая мощность =. Теплопроводность Бетон из кремнистого заполнителя Бетон из карбонатного заполнителя Бетон из кремнистого заполнителя . Бетон с карбонатным заполнителем Все типы: Верхний предел:, для 20 ° C ≤ ≤ 1200 ° C. Нижний предел: , для 20 ° C ≤ ≤ 1200 ° C. Термическая деформация Все типы: . Все типы: . Кремнистые заполнители: , для 20 ° C ≤ ≤ 700 ° C. , для 700 ° C <≤ 1200 ° C, Известковые заполнители: , для 20 ° C ≤ ≤ 805 ° C. , для 805 ° C <≤ 1200 ° C.

0,0399 0,0259 0,025 0,9 Темп.° F Темп. ° C NSC HSC Кремнистый агломерат. Известняковая агг. Класс 1 Класс 2 Класс 3 68 20 125 1 0,0025 0,02 1 1 1 212 100 1 0.004 0,0225 1 0,004 0,023 0,9 0,75 0,75 392 200 0,95 0,0055 0,025 0,75 0,70 572 300 0,85 0,007 0,0275 0,91 0,007 0.028 0,85 0,75 0,65 752 400 0,75 0,01 0,03 0,85 0,01 0,03 0,75 0,45 9039 9039 9039 500 0,6 0,015 0,0325 0,74 0,015 0,033 0,60 0,60 0,30 1112 600 0.45 0,025 0,035 0,6 0,025 0,035 0,45 0,45 0,25 1292 700 0,3 0,025 0,0375 0,038 0,30 0,30 0,20 1472 800 0,15 0,025 0,04 0,27 0.025 0,04 0,15 0,15 0,15 1652 900 0,08 0,025 0,0425 0,15 0,025 0,043 0,039 0,043 0,025 1832 1000 0,04 0,025 0,045 0,06 0,025 0,045 0,04 0,075 0.04 2012 1100 0,01 0,025 0,0475 0,02 0,025 0,048 0,01 0,038 0,01 1200 — 2192 — 0 — — 0 0 0

Еврокод классифицирует HSC на три класса * в зависимости от его прочности на сжатие, а именно: (i) класс 1 для бетона с прочностью на сжатие между C55 / 67 и C60 / 75, (ii) класс 2 для бетона с прочностью на сжатие между C70 / 85 и C80 / 95, (iii) класс 3 для бетона с сжатием прочность выше, чем C90 / 105. Обозначение прочности C55 / 67 относится к марке бетона с характеристической прочностью цилиндра и куба 55 Н / мм 2 и 67 Н / мм 2 соответственно. * Примечание: где фактическая характеристическая прочность бетона, вероятно, будет более высокого класса, чем указанный в проекте; относительное снижение прочности для более высокого класса следует использовать для пожарного расчета.

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

8. Резюме

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

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

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

Заявление об ограничении ответственности

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

Конфликт интересов

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

Лучшие практики бетонирования в жаркую погоду

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

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

Что такое бетонирование в жаркую погоду?

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

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

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

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

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

Выявление проблем с бетоном для жаркой погоды

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

В свежеприготовленном состоянии основные проблемы, возникающие в жарких погодных условиях, включают:

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

После затвердевания бетона проблемы, вызванные жаркой погодой, не могут быть полностью устранены. Таким образом, недостатки затвердевшего бетона часто включают:

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

Сведение к минимуму воздействия жаркой погоды

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

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

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

Лучшие практики на предприятии

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

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

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

Лучшие практики на рабочем месте

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

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

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

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

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

Сводка передового опыта

На заводе	На рабочем месте
• Увлажняющие агрегаты • Контролировать температуру • Используйте лед для смешивания воды • В очень теплом климате подумайте о инвестировании в охлаждение жидким азотом • Контролировать обороты барабана • Для специальных смесей могут потребоваться дополнительные меры предосторожности	• Ограничьте время в пути • Используйте замедлители • Практикуйте быструю разгрузку • Смочите зону разгрузки • Используйте тень и ветрозащитные экраны • Вылечите ASAP • Защитите цилиндры

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

CarbonCure и жаркая погода

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

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

---

Поделиться

Сравнение моделей прочности и зрелости с учетом теплоты гидратации в массивных стенах

Бетонные смеси

Для повышения экономической эффективности за счет сокращения времени строительства и увеличения ожидаемого срока службы конструкций ядерных объектов было установлено целевое значение 55 МПа для 28-дневная прочность бетона на сжатие. Учитывая удобоукладываемость и необходимость минимизировать просачивание бетона в первичную защитную оболочку ядерного реактора с арматурными стержнями большого диаметра, было выбрано значение 150 ± 15 мм для целевой начальной осадки свежего бетона.Для достижения заданной прочности бетона и начальной осадки ранее проводились испытания многочисленных лабораторных смесей при различных температурах отверждения, составляющих приблизительно 5, 20 и 35 ° C. В результате были специально определены три пропорции смеси для использования при трех температурах окружающей среды, как указано в таблице 1 (Yang 2014).

Таблица 1 Пропорции бетонной смеси.

В зависимости от температуры отверждения в окружающей среде, различные дополнительные вяжущие материалы (SCM) были добавлены в качестве частичной замены цемента.Теплота гидратации и скорость тепловыделения в бетоне обычно возрастают с увеличением содержания в цементе C ₃ S и C ₃ A. С другой стороны, пуццолановая реакция протекает медленнее, чем гидратация C ₃ S, и выделяет меньше тепла, чем гидратация цемента (Nili and Salehi 2010). В результате бетон, содержащий SCM, обычно испытывает медленную гидратацию, сопровождаемую более низким повышением температуры. Бамфорт (1980) сообщил, что измельченный гранулированный доменный шлак (GGBFS) в качестве частичной замены обычного портландцемента (OPC) вызывает более низкое повышение температуры и более медленную скорость повышения, чем массовый бетон OPC.Весовые соотношения SCM, выбранные для трех смесей, были следующими: 5% микрокремнезема (SF) для температуры отверждения окружающей среды 5 ° C, 50% GGBFS для температуры 20 ° C и комбинация 65% GGBFS. и 5% SF для температуры 35 ° C. Три смеси были идентифицированы как S5, G50 и G65S5 на основе замен SCM. Для всех трех смесей соотношение вода-вяжущий материал ( Вт / см, ) и удельное содержание воды были зафиксированы на уровне 0,34 и 155 кг / м ³ , соответственно.Для достижения заданного начального оседания также была добавлена ​​водоредуцирующая добавка с высоким содержанием воды, как указано в таблице 1. Основным составом этой смеси был сополимер акриловой кислоты и сложного эфира акриловой кислоты, лигносульфонат и глюконат натрия.

Материалы

В таблице 2 приведены химические составы вяжущих материалов, полученные с помощью рентгенофлуоресцентного анализа (XRF). В качестве основного вяжущего был выбран цемент, который обычно используется для конструкций атомных электростанций в Южной Корее.Химический состав цемента был изменен, чтобы уменьшить тепловыделение гидратации. В результате химический состав цемента был близок к цементу средней жары. По сравнению с обычным химическим составом портландцемента типа I, указанным в ASTM C150 (2011), содержание оксида алюминия (Al ₂ O ₃ ) в модифицированном портландцементе было ниже примерно на 2%, тогда как оксида кремния (SiO ₂ ) содержание было на 1% выше. Из потенциального состава Bogue (1955) минеральных соединений на основе процентного содержания данного оксида в общей массе модифицированного портландцемента, C ₃ S, C ₂ S, C ₃ A и C ₄ Содержание AF согласно расчетам составило 43.9, 33,9, 3,7 и 11,6% соответственно. Это указывает на то, что содержание C ₃ S и C ₃ A в модифицированном цементе было на 16 и 54% ниже, чем те, которые традиционно определены для цемента типа I, соответственно, тогда как содержание C ₂ S в первом составляло 37,6 % выше, чем у последнего. GGBFS, который соответствовал стандарту ASTM C989 (2011), имел высокое содержание оксида кальция (CaO) и массовое отношение SiO ₂ – к – Al ₂ O ₃ , равное 2,29. Основность GGBFS, рассчитанная по химическому составу, равнялась 1.94. Первичным компонентом SF был SiO ₂ . Удельный вес и удельная поверхность вяжущих материалов составляли 3,15 и 3466 см ² / г соответственно для модифицированного портландцемента, 2,94 и 4497 ​​см ² / г для GGBFS и 2,32 и 200000 см ² / г для SF.

Таблица 2 Химический состав вяжущих материалов (% по массе).

Природный песок и местный гранитный щебень с максимальным размером частиц 25 мм использовались для мелких и крупных заполнителей, соответственно.Удельный вес, водопоглощение и модуль дисперсности приведены в таблице 3.

Таблица 3 Физические свойства заполнителей.

Макет образцов стенок и отверждение

Для моделирования первичной защитной оболочки ядерного реактора были подготовлены образцы стенок. Размер этих образцов стен составлял 1200 × 1000 × 2000 мм, как показано на рис. 1. Для вертикальной и горизонтальной арматуры деформированные стержни диаметром 35 мм располагались на расстоянии 300 мм как минимальная конфигурация арматуры стены. .Оба конца стен утеплены пенополистиролом толщиной 50 мм. Внизу стен не было изоляционных материалов. Для отверждения стеновых образцов при изотермических температурах окружающей среды были изготовлены три камеры с использованием сэндвич-панелей толщиной 75 мм, как показано на рис. 2. Каждая камера отверждения была оборудована системой автоматического контроля постоянной температуры. Средние температуры в камерах были установлены на 5, 20 и 35 ° C для имитации холодных погодных условий (зимой), эталонных (контрольная лаборатория) и жарких погодных условий (летом), соответственно, поскольку три пропорции смеси бетона были определены с учетом разная температура окружающей среды в Южной Корее.После установки стеновой опалубки в камерах бетон был заложен автобетононасосом. Бетоны были произведены на заводе по производству товарного бетона с использованием пропорций смеси, приведенных в таблице 1. Поскольку макетные испытания проводились в холодную погоду, минимальные температуры бетона во время укладки и смешивания поддерживались выше 7 и 10 °. C соответственно, согласно отчету ACI 306 (2010). Сразу после литья образцы были покрыты листом винилхлорида для контроля испарения.Образцы стенок непрерывно выдерживались в камерах при предварительно заданных температурных условиях окружающей среды. Для сравнения с прочностью цилиндров, отвержденных в полевых условиях, цилиндры размером 100 × 200 мм, отлитые из каждой бетонной смеси, были одновременно отверждены с образцами стен при одинаковых температурах окружающей среды. Цилиндры и образец стенки, отвержденные в холодном состоянии, были удалены в возрасте 3 дней, тогда как другие образцы, отвержденные в контрольных или горячих условиях, были удалены через 1 день.

Рис. 1

Детали макетов образцов стен и расположение термопар (все размеры в мм).

Рис. 2

Камеры отверждения, оборудованные системой контроля постоянной температуры.

Testing

Температуры контролировались с помощью термопар внутри камер и в восьми различных местах для образцов стенок, включая центральную и приповерхностную области, как показано на рис.1. Данные о температуре регистрировались с помощью регистратора данных с 20-минутными интервалами до конца первого дня и каждые 2 часа после этого. Чтобы оценить время схватывания по сопротивлению проникновению и определить кажущуюся энергию активации приготовленной бетонной смеси, свежий раствор был извлечен из каждой бетонной смеси с помощью сита 4,75 мм. Растворы были одновременно отверждены с каждым образцом стены при одинаковых температурах окружающей среды. Испытания на сопротивление проникновению для определения времени схватывания бетона проводились в соответствии с ASTM C403 / C403 M (2011).Испытания, необходимые для экспериментального определения кажущейся энергии активации фазы упрочнения, были выполнены с использованием 18 кубиков размером 50 мм, отвержденных при трех температурах (5, 20 и 35 ° C) в соответствии с ASTM C1074 (2011). Чтобы измерить прочность бетона в стенах на месте, стержни диаметром 100 мм были просверлены в разных местах с разными тепловыми характеристиками гидратации, как показано на рис. 3. Все стержни просверливались горизонтально. В нижних частях стен керны не просверливались, потому что там было сложно установить стержневой станок.Добыча была тщательно проведена опытными операторами, чтобы свести к минимуму повреждения при бурении. Керны были разделены на четыре группы в зависимости от места их бурения следующим образом (рис. 3): часть внутренней поверхности в верхней области [верхняя поверхность (TS)], центральная часть в верхней части [верхний центр (TC)], часть внутренней поверхности. в средней части [средняя поверхность (MS)] и в центральной части в средней части [средний центр (MC)]. Ядра, не содержащие арматуры, были отрезаны на длину 200 мм и испытаны таким же образом, как и стандартные цилиндрические образцы того же размера, в соответствии с ASTM C42 / C42 M (2011).Концы жил шлифовали, чтобы минимизировать эксцентриситет. Сразу после бурения кернов буровая вода удалялась с их поверхности с помощью сухих полотенец. Измерения прочности на сжатие кернов были запланированы в возрасте 3, 7, 14, 28, 56 и 91 дня. Были протестированы только 2 ядра для каждого местоположения и возраста тестирования из-за ограничений по размеру макетов стен.

Рис. 3

Места колонкового сверления в образцах стен в разном возрасте испытаний.

На прочность сердечника влияют соотношение сторон и диаметр сердечника, наличие встроенной арматуры и возмущение из-за бурения (Ува и др.2013). Таким образом, прочность на сжатие ( f _{ядро ​​} ) ядер был исправлен с использованием единственной взаимосвязи, указанной в ACI 214.4R-10 (2010), а именно:

$$ S = F_ {H / D} F_ {dia} F_ {mc} F_ {d} f_ {core} $$

(1)

, где S — скорректированная прочность бетона, а \ (F_ {H / D} \), F _{диаметр} , \ (F_ {mc} \) и F _д — это поправочные коэффициенты для учета гибкости, диаметра, содержания влаги и повреждения поверхности сердечника.Поправочные коэффициенты для текущих ядер \ (F_ {H / D} \), \ (F_ {dia} \) и \ (F_ {mc} \) рассчитываются равными 1,0 и F _д — 1,06.

Поскольку макетные стены не подвергались никаким нагрузкам, в ядрах не было трещин от внешних нагрузок. Кроме того, на поверхности кернов не наблюдалось видимых повреждений или трещин в результате сверления, как показано на Рис. 4.

Рис. 4

Типичное состояние поверхности образцов керна.

Температура и относительная влажность: что они значат для вас и ваших бетонных столешниц

Сушка — важный процесс, которым необходимо управлять и понимать, чтобы избежать проблем. Иногда следует избегать высыхания, а в другое время — необходимо. Понимание того, как работают вместе температура, точка росы и уровни влажности, прольет свет на то, как вы можете управлять сушкой.

Бетон должен оставаться влажным, чтобы он затвердел.Но некоторым герметикам требуется, чтобы бетон был сухим, чтобы они застыли и правильно приклеились. Это хрупкое равновесие. Уровни температуры и влажности играют важную роль в том, будет ли ваш бетон или герметик затвердеть должным образом, или прекратится ли затвердевание вашего бетона, появятся трещины карты (или что еще хуже), или если у вашего герметика есть проблемы со склеиванием и отверждением.

Как известно, в жарких условиях вещи быстро сохнут. Поэтому в летние месяцы (а для некоторых из нас уже наступили летние температуры) очень важно следить за тем, чтобы голый, открытый бетон, который все еще застывает, оставался влажным .С другой стороны, из-за низких температур сушить вещи сложнее. Холодный бетон высыхает гораздо дольше, потому что вода не испаряется так быстро.

Я опишу, как на сушку влияют температура и относительная влажность, и опишу, что такое точка росы и как она соотносится с относительной влажностью.

Сушка также известна как испарение. Скорость испарения воды зависит от нескольких факторов, включая температуру, относительную влажность и расход воздуха.Вода испаряется очень быстро, когда на нее воздействует горячий, сухой, быстро движущийся воздух. И наоборот, вода испаряется очень медленно, когда она находится в холодном влажном неподвижном воздухе.

Температура описывает, сколько энергии доступно для испарения. В теплый день может испариться больше воды, потому что для испарения доступно больше тепловой энергии. Напротив, у воды меньше доступной тепловой энергии для испарения, когда она холодная. Следовательно, в холодном состоянии сушка значительно замедляется.

Относительная влажность важна, потому что чем больше влаги уже присутствует в воздухе, тем ниже скорость испарения воды и тем меньше влаги может удерживать воздух.
Относительная влажность — это мера текущего количества водяного пара в воздухе по отношению к общему количеству водяного пара, которое может существовать в воздухе при его текущей температуре, и выражается в процентах.

Относительная влажность 100% означает, что воздух не может больше содержать водяной пар при этой температуре, тогда как относительная влажность 50% означает, что воздух содержит только половину того количества водяного пара, которое он может удерживать при текущей температуре.

Точка росы — это температура воздуха, при которой воздух насыщается водяным паром. Теплый воздух может «удерживать» больше воды, чем холодный. Когда воздух определенной температуры не может больше удерживать воду, он полностью насыщен и имеет 100% относительную влажность. Воздух не задерживает водяной пар. На самом деле описывается температура, при которой уровень водяного пара достигает точки насыщения.

Скорость воздушного потока важна, потому что по мере испарения воды слой воздуха над водой (или влажным бетоном) постепенно становится более насыщенным водяным паром.Когда уровень испарившейся влаги достигает насыщения, сушка практически прекращается. Воздушный поток увеличивает скорость испарения, «смывая» застойный влажный воздух над бетоном.
На следующем графике показана взаимосвязь между температурой воздуха, температурой точки росы и относительной влажностью.

Влажное отверждение
Бетон должен оставаться влажным, чтобы он затвердел. Как правило, для гидратации внутренняя относительная влажность должна быть выше 80–85%.

Смачивание поверхности голого бетона создает водяной барьер, который предотвращает вытягивание влаги из бетона при испарении поверхностной влаги. Пленка воды на поверхности представляет собой относительно большой резервуар, который может испаряться, не влияя на влажность в порах бетона. Вода на бетоне действует как буфер.

Когда бетон покрыт пластиком, воздух под пластиком быстро насыщается водяным паром.Когда это происходит, сушка практически прекращается.

Когда бетон высыхает, силы всасывания, возникающие при испарении воды из пор в бетоне, могут фактически раздавить слабое цементное тесто. Чем дольше бетон остается влажным, тем выше его прочность и сопротивление всасывающим силам. Это означает меньше трещин и меньше усадки и скручивания. Более продолжительное влажное отверждение также уменьшает размер пор, что означает, что меньше влаги испаряется и влаге труднее выходит из бетона.

Сушка
Некоторым герметикам требуется, чтобы бетон был сухим, чтобы он хорошо прилипал. А некоторые герметики не отверждаются должным образом, если в бетоне слишком много влаги.

Температура и относительная влажность являются важными факторами, на которые следует обращать внимание, чтобы ваш бетон высыхал до необходимой вам степени, чтобы важнейший герметик работал так, как вы и ваш клиент ожидаете.

Если в вашем магазине холодно (как и в большинстве магазинов зимой), скорость испарения ниже, и потому что в большинстве магазинов есть открытые источники воды (канализационные стоки, участки мокрого шлифования и т. Д.), относительная влажность обычно выше, чем на улице. Они ограничивают степень высыхания. Если в вашем магазине относительная влажность 100%, не имеет значения, как долго вы «сушите» бетон. Он не теряет влагу и не высыхает, потому что воздух, окружающий бетон, больше не может удерживать влагу.

Помните: мокрый бетон не высыхает в небольших холодных цехах при неподвижном воздухе. Горячие цеха с движущимся воздухом с низкой относительной влажностью вызовут быстрое высыхание.

Счастливого бетонирования!

Как планировать и управлять отверждением массивного бетона

Понимание проблем, связанных с массовым бетоном, может помочь подрядчикам избежать таких проблем, как несоблюдение требований, задержки строительства, поврежденный бетон и дорогостоящий ремонт.Спецификации для массового бетона ограничивают температуру свежего бетона и бетона на месте и, как правило, требуют от подрядчика плана терморегулирования для каждой укладки массового бетона. Следовательно, подрядчики должны знать о максимальных температурах бетона и перепадах температур, повышении температуры, мониторинге и контроле температуры, предварительном и последующем охлаждении массивного бетона и тепловом моделировании.

Определение массового бетона

Американский институт бетона (ACI) не предоставляет конкретных ограничений по размеру для определения массового бетона.ACI определяет массовый бетон как «любой объем бетона с размерами, достаточно большими, чтобы требовать принятия мер, чтобы справиться с выделением тепла от гидратации цемента и сопутствующим изменением объема для минимизации растрескивания. ¹ Исторически сложилось так, что большие площадки, где минимальный размер поперечного сечения равен или превышает три фута, обычно обозначаются как массивный бетон. Однако меньшие размеры также могут быть обозначены как массовый бетон в зависимости от факторов, включая: тип и количество цемента, отношение объема бетона к поверхности, погодные условия, температуру укладки бетона, степень ограничения изменения объема и влияние термического растрескивания на функция, долговечность и внешний вид.

Внимательно изучите контрактную документацию, чтобы определить, какие конструктивные элементы спецификатор обозначил как массовый бетон. Специалист, а не подрядчик, отвечает за определение того, какой бетон в проекте является массовым. Для элементов, обозначенных в контрактных документах как массовый бетон, применяются дополнительные требования, указанные в ACI 301, Раздел 8 — Массовый бетон . ² Если с документами непонятно, то до начала работы запросите разъяснения.

Максимальная температура и разница температур

Чтобы избежать повреждения бетона, спецификации ограничивают максимальную внутреннюю температуру бетона и максимально допустимую разницу температур между центром и поверхностью массивного бетонного элемента.

ACI 301 утверждает:

1) Максимальная температура в бетоне после укладки не должна превышать 158 градусов по Фаренгейту

2) Максимальная разница температур между центром и поверхностью размещения не должна превышать 35 градусов по Фаренгейту.

Ограничение внутренней температуры бетона до 158 градусов по Фаренгейту предотвращает замедленное образование эттрингита (DEF). Эттрингит — это нормальный продукт гидратации цемента, который образуется в течение первых нескольких часов после замеса бетона. Высокие температуры в раннем возрасте (выше 158 градусов по Фаренгейту) могут препятствовать нормальному образованию эттрингита. Если DEF возникает в затвердевшем бетоне с внешним источником влаги, может произойти внутреннее расширение с последующим визуальным смещением и растрескиванием.DEF может также увеличить риск дополнительного разрушения из-за воздействия замораживания / оттаивания и коррозии арматуры. Ограничение внутренней температуры на самом раннем этапе эксплуатации бетона предотвратит DEF.

Указанная максимальная разница температур в 35 градусов по Фаренгейту между центром и поверхностью бетона сводит к минимуму возможность термического растрескивания. Разница температур — это разница между температурой, измеренной в центре или самой горячей части бетона и поверхности.

Температурный градиент между центральной частью и поверхностью создает растягивающие напряжения в бетоне. По существу, внутренняя часть расширяется относительно поверхности. Это дифференциальное расширение создает растягивающие напряжения. Когда растягивающие напряжения превышают предел прочности бетона, происходит растрескивание. Глубина и сила растрескивания зависят, прежде всего, от величины температурного градиента.

Максимальная разница температур в 35 градусов по Фаренгейту является исторической величиной и может быть консервативной для современных бетонов и конструкций.Разницы в 45 градусов по Фаренгейту или даже 55 градусов по Фаренгейту может быть достаточно, чтобы контролировать термическое растрескивание. Увеличение максимального перепада температур позволяет сэкономить время и деньги. Максимальная разница температур зависит от многих переменных, которые контролируют как термические напряжения, так и прочность бетона на растяжение. По этим причинам становится обычной практикой использовать сложное компьютерное тепловое моделирование для определения максимально допустимой разницы температур, чтобы термические напряжения не превышали предел прочности бетона на растяжение.

Повышение температуры и прогнозирование максимальных температур

Такие факторы, как тип и количество вяжущих материалов, укладка бетона и температура окружающей среды, размер и отношение объема к поверхности бетонного элемента, контролируют повышение температуры и максимальную температуру в массивном бетоне. В общем, только бетонные элементы, у которых минимальный размер поперечного сечения равен или превышает три фута, имеют проблемы с тепловыделением, потому что меньшие элементы обычно рассеивают генерируемое тепло гидратации со скоростью, достаточной для ограничения температуры до требуемых уровней.Более толстые элементы не рассеивают тепло гидратации с достаточно высокой скоростью, и поэтому температура в центре заливки может достигать уровней, превышающих указанные уровни.

Два метода, обычно используемых для прогнозирования максимальной температуры бетона, включают метод приблизительного «эквивалентного содержания цемента» и компьютерные или тепловые модели. С помощью приблизительного метода оцените максимальную температуру, добавив 16 градусов по Фаренгейту на каждые 100 фунтов цемента на кубический ярд к температуре укладки бетона.Для летучей золы и шлакового цемента типов F и C (замена 50 процентов) используйте 50 процентов, 80 процентов и 90 процентов эквивалентного цемента на кубический ярд соответственно ³ По сути, этот метод предполагает, что эти материалы производят 50 процентов, 80 процентов и 90 процентов тепла по сравнению с цементом. [ Для примера см. Диаграмму. ]

Терморегулятор

Методы контроля температуры бетона и разницы температур включают:

Бетонная смесь — Ограничьте количество цемента до минимально возможного количества и замените цемент более медленно схватывающимися дополнительными вяжущими материалами (SCM), такими как зола-унос и шлаковый цемент класса F.Используйте цемент с умеренной или низкой теплотой гидратации. Не используйте цементы типа III или HE (высокопрочные) и химические ускорители. Если возможно, используйте заполнители с низким тепловым расширением, такие как гранит, известняк или базальт. Замедление скорости тепловыделения также замедляет скорость набора силы. Поэтому для приемки бетона предлагается 42- или 56-дневная прочность на сжатие вместо стандартной 28-дневной прочности.

Совместно с поставщиком бетона разработать экономичный бетон с низким тепловыделением.Испытайте пробные смеси в лаборатории, чтобы определить свойства свежего и затвердевшего бетона. Выполните полевые испытания путем отливки блоков для представления массивных бетонных элементов и измерения внутренней и поверхностной температуры. Кроме того, используйте тестовые блоки для оценки предлагаемых методов укладки бетона и плана последующего охлаждения. Убедитесь, что измеренные температуры соответствуют указанным температурным пределам. Если нет, пересмотрите план терморегулирования.

Снижение температуры укладки бетона — ACI 301 не определяет максимальную температуру укладки бетона для массивного бетона, но в спецификациях обычно используется 50 градусов по Фаренгейту и 70 градусов по Фаренгейту.Как показано в примерах расчетов для оценки максимальной температуры бетона, максимальная температура бетона является функцией температуры укладки. Если бы в примере температура укладки составляла 50 градусов по Фаренгейту, то расчетная максимальная температура бетона составила бы 131 градус по Фаренгейту. Как правило, каждая степень предварительного охлаждения снижает максимальную температуру бетона примерно на один градус. Предварительное охлаждение или снижение температуры укладки бетона может снизить как температуру бетона, так и разницу температур.

Предварительное охлаждение — Средства для предварительного охлаждения бетона включают затенение и обрызгивание грубой грубой заполнителя водой, использование охлажденной воды для смешивания, замену воды для смешивания стружкой или колотым льдом и введение жидкого азота в воду для смеси или свежий бетон. Как правило, предварительное охлаждение заполнителей на 2 градуса по Фаренгейту охлаждает свежий бетон примерно на 1 градус по Фаренгейту. Прямое и испарительное охлаждение снижает температуру агрегата. Температуры в пределах 2 градусов по Фаренгейту от температуры влажного термометра могут быть достигнуты путем продувки воздуха через влажные крупные агрегаты.

Снижение температуры воды в смеси на 4 градуса по Фаренгейту охладит свежий бетон примерно на 1 градус по Фаренгейту с максимальным снижением температуры примерно на 10 градусов по Фаренгейту. Замена воды для замешивания струженным или колотым льдом (примерно до 75 процентов) может снизить температуру свежего бетона примерно до 20 градусов по Фаренгейту. Конечно, количество предварительного охлаждения будет зависеть от количества воды в смеси, доступной для замены льда.

Если спецификации ограничивают температуру укладки бетона 50 градусами по Фаренгейту или более 20 градусов по Фаренгейту, требуется предварительное охлаждение бетона, рассмотрите возможность использования жидкого азота.При температуре впрыска -326 градусов по Фаренгейту достижимы температуры свежего бетона до 35 градусов по Фаренгейту.

Последующее охлаждение — Используйте изоляцию для контроля максимальной разницы температур между центром и поверхностью массивного бетона. Снижение скорости отвода тепла от поверхности снижает разницу температур и возможность термического растрескивания. Конечно, снижение скорости охлаждения бетона может вызвать задержки в строительстве.Влажное отверждение опасно, поскольку термический шок от нанесения холодной воды на горячие поверхности может вызвать быстрое охлаждение поверхности и растрескивание.

Чтобы контролировать как температуру бетона, так и разницу температур, рассмотрите возможность использования предварительно установленных охлаждающих труб. Охлаждающие трубы отводят тепло изнутри бетона и могут снизить как максимальную температуру бетона, так и разницу температур. Охлаждающие трубы также могут значительно сократить время охлаждения бетона и ускорить процесс строительства.

Тепловое моделирование

В рамках теплового плана рассмотрите возможность использования компьютерного теплового моделирования для оценки максимальной температуры бетона и разницы температур. Кроме того, с помощью моделирования можно оценить и оптимизировать размер заливки (размер подъема или блока), графики размещения (временные интервалы между размещениями) и план контроля температуры, чтобы минимизировать риск термического растрескивания. Компьютерное моделирование — это быстрый и эффективный способ оценить различные варианты контроля температуры и термического растрескивания.В большинстве случаев стоимость моделирования незначительна по сравнению с потенциальной экономией от оптимизации плана терморегулирования.

---

Список литературы

1. ACI 207.1R-05 (2012) Руководство по массовому бетону , Американский институт бетона, www.concrete.org

2. ACI 301-10 Спецификации для конструкционного бетона , Американский институт бетона, www.concrete.org

3. Гайда, Джон, Массовый бетон для зданий и мостов, Ассоциация портландцемента, 2007 г., www.цемент.org

Для доп. Информации:

ACI 207.1R-05 Руководство по массовому бетону

ACI 207.4R-05 (2012) Системы охлаждения и изоляции для массового бетона

ACI 207.2R-07 Отчет о влиянии теплового изменения и изменения объема на растрескивание массивного бетона

Ким Башам — президент компании KB Engineering LLC, которая предоставляет инженерные и научные услуги бетонной промышленности.Бэшем также проводит семинары и тренинги, посвященные всем аспектам бетонных технологий, строительства и устранения неисправностей. С ним можно связаться по электронной почте [email protected].

Л. Дж. Мотт, ЧП, президент компании GES Tech Group, Inc., которая предоставляет общие услуги в области машиностроения, строительства, строительства и судебной экспертизы широкому кругу клиентов и отраслей. Мотт — эксперт по предварительному моделированию методом конечных элементов, специализирующийся на нелинейной статической и динамической механике и термодинамике переходных процессов.С ним можно связаться по электронной почте [email protected].

Как холодная погода влияет на укладку бетона

Когда средняя дневная температура опускается ниже 40 градусов по Фаренгейту более трех дней подряд, это считается холодной погодой. В таких условиях бетон требует особого внимания при укладке, отделке, отверждении и защите. Поскольку значительная часть Соединенных Штатов ежегодно испытывает холодную погоду, важно иметь и соблюдать хорошие планы и процедуры бетонирования в холодную погоду.

Как холодная погода влияет на свежий бетон?

Несколько различных факторов, специфичных для холодной погоды, влияют на свойства бетона, но понимание этих факторов позволит успешно выполнить укладку.

Пластиковый бетон замораживает

Если температура опускается ниже 25 градусов по Фаренгейту, бетон замерзает, если он все еще находится в пластичном состоянии. Любое замерзание в этом состоянии может снизить потенциальную прочность более чем на 50 процентов, а также существенно повлиять на общую долговечность.

Склонность пластичного бетона к замерзанию является причиной того, что важно защищать поверхность до тех пор, пока минимальная прочность на сжатие не составит не менее 500 фунтов на квадратный дюйм. Обычно это происходит через два дня после укладки, когда температура бетона составляет 50 градусов по Фаренгейту.

Снижает скорость гидратации цемента

Как правило, каждые 20 градусов падения температуры бетона удваивают время, необходимое для схватывания. Учитывайте более медленную скорость схватывания и увеличение прочности при планировании демонтажа формы и других строительных операций.

Может понадобиться бетон с воздухововлекающими добавками

Используйте бетон с воздухововлекающими добавками, если он контактирует с водой и / или подвергается циклу замораживания-оттаивания. Помните, что недавно уложенный бетон имеет высокую водонасыщенность и нуждается в достаточной изоляции и защите от цикла замораживания-оттаивания, пока его прочность на сжатие не достигнет не менее 3500 фунтов на квадратный дюйм.

Для нового бетона необходима соответствующая изоляция

Поскольку во время реакции гидратации цемента выделяется тепло, недавно уложенный бетон нуждается в соответствующей изоляции, чтобы сохранять тепло и поддерживать благоприятные температуры отверждения.Примите меры для предотвращения большой разницы в температуре между поверхностью и внутренним бетоном, поскольку трещины часто возникают, когда разница составляет 35 градусов по Фаренгейту или больше. Постепенно снимайте изоляцию и / или защитные меры для предотвращения теплового удара.

Как укладывать бетон в холодную погоду

Большинство процедур с бетоном в холодную погоду фокусируются на внешней и внутренней температурах и их прямой зависимости от твердения бетона. Нагревание воды для смешивания и / или заполнителей вместе с добавлением бетона в соответствии с рекомендациями ASTM C 94 — это два способа, которыми ваш поставщик готовой смеси может контролировать ее температуру.

Не превышайте рекомендуемые температуры

Температура бетона не должна превышать следующие температуры более чем на 20 градусов по Фаренгейту:

Размер секции (в дюймах)	Температура бетона при укладке
> 12	55⁰F
12 — 36	50⁰F
36 — 72	45 ° F

Укладка бетона в холодную погоду позволяет получить бетон более высокого качества, поскольку более низкая начальная температура бетона обычно приводит к более высокой конечной прочности.И наоборот, когда бетон имеет более высокую температуру, он:

• Требуется больше воды для смешивания;
• Имеет более высокую скорость потери спада; и
• Более подвержен растрескиванию.

Использование добавок и модификаций для ускорения настройки

Использование химических добавок и других изменений в бетоне может ускорить скорость схватывания и увеличение прочности. Зимой производители обычно используют химические добавки, в частности, те, которые соответствуют ASTM C 494, типы C и E — ускоряющие и водоредуцирующие и ускоряющие соответственно.

Хотя хлорид кальция является популярным ускорителем, он никогда не превышает двух процентов по весу цемента. При использовании предварительно напряженного бетона или в ситуациях, когда возможна контактная коррозия, вместо этого используйте нехлоридные, некоррозионные ускорители. Но имейте в виду, что любая ускоряющая добавка не предотвращает замерзание бетона и не устраняет необходимость в минимальных температурах бетона и адекватной защите во время процесса отверждения.

Увеличьте количество портландцемента

Другой способ обойти ограничения бетонирования в холодную погоду — увеличить количество используемого портландцемента или цемента типа III.Некоторые ситуации могут позволить вам уменьшить относительное процентное содержание летучей золы и / или измельченного шлака в цементирующем материале, если смесь не предназначена специально для долговечности.

Размещение бетона с минимальной практической просадкой

Следование этим рекомендациям сокращает количество кровотечений и время схватывания. Обычно добавление одного галлона к двум галлонам воды на кубический ярд задерживает установленное время до двух часов, а любая задержка увеличивает общее время слива.

Составьте соответствующие планы перед укладкой бетона

Это включает в себя удаление наледи, льда и снега перед укладкой бетона и обеспечение того, чтобы температура поверхности и любые металлические заделки были выше точки замерзания.Перед укладкой может потребоваться изоляция и / или обогрев земляного полотна.

Имейте оборудование и материалы для защиты от бетона

Очень важно защитить бетон от замерзания в раннем возрасте, а также сохранить тепло, выделяемое при гидратации цемента. Изолированные одеяла и брезент часто используются в качестве защиты, но в некоторых случаях также требуются ограждения и изолированные формы. Не забудьте уделить должное внимание углам и краям поверхности, поскольку они наиболее подвержены потерям тепла.

Вентиляционные обогреватели на ископаемом топливе

Правильная вентиляция предотвращает риск образования окиси углерода и карбонизации недавно уложенного бетона, что в конечном итоге приводит к образованию пыли.

Не допускайте высыхания пластикового бетона

Высыхание поверхности приводит к одной из самых распространенных проблем бетона в холодную погоду — трещинам пластической усадки. С другой стороны, отверждение в воде не рекомендуется, когда прогнозируется или наступает холодная погода.Вместо этого используют мембранообразующие отверждающие составы и / или непроницаемые листы бумаги и пластика для бетонных плит.

Используйте изолирующие одеяла или формы в очень холодных условиях

Если бетон имеет тонкие участки, следует использовать эти средства защиты для защиты участков от промерзания. Формы должны оставаться на месте от одного до семи дней, в зависимости от:

• Условия окружающей среды;
• Установочные характеристики; и
• Ожидаемая структурная нагрузка.

Используйте полевые цилиндры или другой неразрушающий метод для оценки прочности бетона на месте перед снятием опалубки и / или приложением нагрузок.Не используйте цилиндры, отверждаемые в полевых условиях, в качестве средства обеспечения качества.

Хранить испытательные баллоны в изолированных коробках

Эти коробки могут нуждаться в контроле температуры, чтобы гарантировать, что температура отверждения остается в приемлемом диапазоне от 60 градусов по Фаренгейту до 80 градусов по Фаренгейту в течение первых 24-48 часов. Поместите термометр минимума / максимума в камеру для отверждения, чтобы контролировать температуру.