Твердение бетона в зависимости от температуры: Зависимость прочности бетона от температуры затвердевания.

Автор

Содержание

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

Твердение бетона в зависимости от температуры


Время застывания бетона в зависимости от температуры, минимальная температура

Прочность бетона – это главная его характеристика, благодаря которой удается определить качество монолитно сооружения. Причина в том, что прочность напрямую связан со структурой бетонного камня. Процесс твердение бетона очень сложный. В ходе таких мероприятий происходит взаимодействие цемента и воды.

Здесь указано сколько времени застывает бетон.

Результатом гидратации цемента становится образование новых соединений, а также формирование бетонного камня. В результате твердения бетон становится прочнее, но набирается прочность не сразу, а постепенно. Для этого может понадобиться не один месяц.

Условия

Перед тем как перейти к строительным работам, необходимо учитывать конкретные условия, которые определенным образом влияют на длительность твердения бетона.

Время года

Большой процент влияния на застывание бетонного раствор оказывают окружающие факторы. С учетом температурного режима и атмосферной важности время застывания и полноценной сушки может составить несколько дней, но это при условии, что все мероприятии проходили в летнее время. Но в этом случае имеется свой недостатком, который заключается в невысокой прочность полученной конструкции. Если работы проводились в зимнее время, то конструкция будет удерживать большое количество влаги в течение месяца.

Бетон м200 цена и другие технические данные указаны в статье.

На видео рассказывается о времени застывания бетона в зависимости от температуры:

Бетон марки м200 технические характеристики и другие данные указаны в статье.

Длительность затвердевания бетона во многом определяется плотностью укладки строительного состава. Конечно, чем выше ее показатель, тем медленно осуществляется выход воду из структуры, а показатели гидратации цемента будут лучше. В промышленном строительстве такой проблеме уже было найдено решение. В этом случае задействуют виброобработку, в домашних условиях имеется альтернативный вариант – стыкование.Процесс утрамбовки

Необходимо отметить, что стяжку с высокими показателями плотности очень тяжело резать и сверлить. Здесь не обойтись без такого оборудования, как буры с алмазными напылением. Если применять сверла с обычным наконечником, то они сразу же выходят из строя.

Какова прочность бетона в15 указано в статье.

Состав
На фото показан состав бетона

Компоненты, которые находятся в составе цементной смеси, также оказывают немаловажную роль на время схватывание бетона. Если в составе находится большое количество пористых материалов, то процесс обезвоживания конструкции будет происходить намного медленнее. Если в составе преобладают такие компоненты, как песок и гравий, то вся вода начнет быстрее выходить из раствора.

Каково время набора прочности бетона, можно узнать из статьи.

Для того чтобы сделать процесс испарения благи из бетона медленнее, а также улучшить его прочностные показатели, стоит задействовать специальные добавки. Как правило, это бетонит, мыльный состав. Конечно, это потребует небольших денежных затрат, но зато вы сможете защитить свою конструкцию от преждевременного пересыхания.

Каков состав бетона для отмостки лучшего всего применять указано в статье.

Обеспечение условий затвердения

Когда нужно добиться длительного нахождения влаги в цементной смеси, то стоит выполнить монтаж гидроизоляционного материала на опалубку. При условии, что формовочный каркас выполнен из пластика, укладывать дополнительный слой гидроизоляции нет смысла. Демонтаж опалубки стоит производить только по прошествии 8-10 дней. За этот период бетон уже успел схватиться и дальше может сохнуть без опалубки. 

Добавки

Для задержания воды в бетоне можно вводить в строительную смесь различные модифицирующие добавки. Если необходимо добиться быстрого застывания и уже ходить по залитой конструкции, стоит добавлять к раствору особые ингредиенты, позволяющие добиться быстрой сцепки. 

Низкий уровень испарения

Когда бетонный раствор схватился, его сразу накрывают полиэтиленовой пленкой. Благодаря таким мероприятиям удается задержать влагу в бетону в первые дни после установки конструкции. Раз в 3 дня пленку нужно удалять и обрабатывать поверхность водой.

Расчет времени прогрева бетона в зимнее время указано в статье.

Когда момента заливки пройдет 20 дней, то пленку можно убрать насовсем и подождать, пока стяжка полностью высохнет при обычных условиях. Как правило, это занимает 28-30 дней. Уже по прошествии этого срока по основанию можно ходить и даже устанавливать различные строительные конструкции.

Время застывания при разной температуре

Необходимо обозначить, что время схватывания бетона в опалубке может достигать до 7 дней. Только после этого опалубка может быть демонтирована. В таком случае удается сохранить целостность бетонной конструкции. Но в большинстве случаев этот показатель зависит от марки бетона, а также температурных условий.

В данной статье указано сколько идет цемента на 1 куб бетона.

Таблица 1 – Время твердения бетона в зависимости от температуры

Марка бетона Время затвердения бетона Среднесуточная температура бетона, оС
-3 0 +5 +10 +20 +30
Прочность бетона на сжатие, % от 28-суточной
М200-М300 на основе портландцемента М400-М500 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
Минимальная температура

Осуществлять заливку бетона в холодное время года можно только при условии, что обеспечена необходимая гидро- и теплоизоляция конструкции после монтажных работ. По той причине, что низкие температуры замедляют процесс гидратации, а, следовательно, и набор прочностных характеристик, то очень важно строго выждать необходимое время. Как правило, при температурном режиме -5 градусов, для набора прочности понадобиться увеличить время в 5-7 раз, в отличие от рекомендуемой температуре в 20 градусов.

В статье описан подбор состава тяжелого бетона.

На видео рассказывается о минимальной температуре застывания бетона:

Поэтому выполнять заливку фундамента в зимнее время необходимо только при условии, что вы знаете, как правильно заливать бетон в мороз. Главное условие – это соблюдение все правил, тогда качество заливки будет не хуже, чем в благоприятные дни.

Опытные строители не экономят на строительстве и используют бетононасос. Кроме этого, важно выполнять правильный уход за бетоном. При заливке во время морозов в состав смеси стоит добавлять морозоустойчивые присадки и утеплить опалубку. После этого стоит осуществлять прогревания бетонированной площадки. Если все эти условия будут соблюдены, то будет совершенно неважно, при каком температурном режиме будет происходить заливка бетона.

Узнать сколько весит куб бетона м400 можно в данной статье.

Процесс заливки фундамент – это очень сложный процесс. Для обеспечения необходимой прочности стоит правильно выждать время затвердения. Если влажность из конструкции испариться раньше указанного срока, то прочностные показатели будут незначительные, что приведет к ухудшению качеств будущей постройки.

resforbuild.ru

Скорость твердения бетона

В данном материале содержится таблица затвердевания и подробная информация по тому, каким образом можно увеличить скорость твердения бетона. Данная таблица послужит вам при определении сроков работ.

Схема опалубки для заливки.

Неизбежным процессом является твердение после заливки. Качество изделия, которое было залито, будет напрямую зависеть от мероприятий, которые были проведены в момент твердения смеси.

После начала схватывания и укладки смесь должна выстаиваться в условиях, которые способны обеспечить набор необходимой прочности и качества.

Твердение – достаточно сложный физико-химический процесс. Он происходит при взаимодействии воды и цемента. Вода будет проникать в частицы цемента постепенно, в связи с чем скорость застывания будет довольно маленькой. Для того чтобы изготовить бетон высокой прочности, следует создать хорошие условия твердения. К подобным условиям следует отнести относительную влажность окружающего воздуха не меньше чем 90% и плюсовую температуру (18-22°C). Данные условия твердения могут быть созданы в специальной камере либо достигнуты с помощью засыпки опилками или увлаженным песком.

Таблица пропорций.

В процессе твердения во влажной среде прочность его будет гораздо выше, чем при твердении его на открытом воздухе, потому что во втором случае вода из смеси будет полностью испаряться, и это приведет к тому, что нужную крепость смесь не получит, следовательно, такой процесс твердения нельзя считать качественным. Это может происходить из-за того, что сердцевина многих зерен цемента может не успевать вступать в химическую реакцию с водой. Следовательно, нельзя допускать преждевременного высыхания.

В летний и весенний периоды для того, чтобы сохранить влагу, на поверхность его следует нанести битумную эмульсию, помимо того, укрыть бетон при помощи полиэтиленовых пленок.

Рост прочности напрямую будет зависеть от температурного режима твердения. Если температура ниже нормальной, твердение будет замедляться, а если имеется минусовая температура, то твердение и вовсе прекратится. При повышенной влажности и температуре подобный процесс будет происходить несколько быстрее. При нормальных условиях твердения через 7-14 дней приготовления бетон может достигнуть 60-70% собственной 28-дневной прочности.

Во время процесса твердения объем его будет изменяться, потому что смесь, затвердевая, будет давать усадку. Усадка в поверхностных зонах может происходить несколько быстрее, чем во внутренних, следовательно, если имеется недостаток влаги во время твердения, на поверхности могут начать появляться усадочные трещины. Трещины маленьких размеров, которые снижают прочность и качество, могут возникать и из-за неравномерного прогрева блока в процессе выделения тепла при цементном схватывании.

Увеличение скорости схватывания

Схема заливки фундамента.

Скорость застывания будет играть большую роль в процессе проведения строительных работ. В некоторых случаях необходимо ускорить время затвердевания, к примеру, если потребуется быстрая эксплуатационная нагрузка на конструкцию либо же при бетонировании в зимний период времени. В подобном случае следует использовать добавки-ускорители, которые необходимо вводить в при изготовлении.

Для ускорения твердения сборного железобетона данную смесь чаще всего обрабатывают при помощи использования пара либо электрического тока. В конце материала содержится таблица, которая показывает процент прочности, который способен набрать бетон за определенный промежуток времени.

Опыты показали, что повышение температуры до 95°C практически не приведет к ускорению затвердевания на заводских портландцементах. Однако введение добавки к портландцементу, которая состоит из 25% тонкомолотого трепела либо гранулированного шлака, способно обеспечить эффективность повышения температур пропаривания до 95°C.

Читайте также:  Время застывания цемента

Стоит заметить, что именно в связи с проблемами твердения цемента в северных районах Российской Федерации цены на частные дома и коттеджи гораздо выше, чем в центральных.

Пропаривание на высокоростных цементах и при низком ВЦ при температурах 80°C на протяжении 7 часов (следует также добавить 3 часа на подъем температур и 2 часа на остывание) чаще всего способно обеспечить получение прочности до 50-75%. С увеличением длительности пропаривания в дальнейшем с 7 до 13 часов появится возможность прироста прочности до 70-80%.

Таблица ускорителей и замедлителей схватывания смесей.

Следовательно, эффективность увеличения срока пропаривания падает. Вовсе не целесообразным оказывается более продолжительный срок обработки теплом подобного бетона при 80°C. Стоит заметить, что затраты портландцементов в подобных случаях составляют 300 и 500 кг на 1 м³. Малоподвижная смесь изготавливается на москворецком песке и гранитном щебне хорошего качества.

При введении гранулированного тонкомолотого шлака эффективность пропаривания способна сохраниться до 1 суток, а при добавлении молотого трепела данный срок может достигать всего 12 часов. Если уменьшить водоцементное отношение и увеличить жесткость смеси, которая укладывается, кратковременный эффект пропаривания будет возрастать. Соответственно, в процессе работы с высокопрочными материалами срок пропаривания может значительно сократиться.

Усадка смеси

В период выдерживания вода в середине смеси будет перемещаться и выпариваться в наружную среду, в связи с чем произойдет уменьшение в объеме, то есть процесс, который называется усадкой. Данный процесс в большинстве случаев происходит неравномерно. В связи с этим будут появляться небольшие усадочные трещины.

График усадки при высыхании образцов.

Образование трещин будет происходить и в связи с неравномерным разогревом смеси вследствие выделения теплоты в процессе гидратации цементов. Трещины способны значительно влиять на качество, прочность и долговечность подобных конструкций.

На интенсивность твердения может влиять и температура. В случае если температура ниже, чем нормальная (20 +/- 2°C), процесс чаще всего замедляется. При отрицательных температурах процесс практически останавливается. В случае повышения температурного режима твердение ускорится в условиях недостаточной влажности.

Факторы ухудшения качества

К ухудшению качества конструкций могут привести удары либо вибрация в начальном периоде твердения – они будут нарушать структуру, которая была вновь создана. Стоит понимать, что нужен правильный уход. Только в таком случае таблица предоставит правильные показатели.

Для того чтобы бетон имел возможность набрать необходимую прочность и качество, за ним нужен надлежащий и качественный уход. Необходимо поддерживать соответствующий температурный режим твердения, оберегать затвердевающую конструкцию от различных механических воздействий, предотвращать возможности возникновения температурно-усадочных трещин и деформаций.

Схема усадки.

Несоблюдение подобных условий твердения чаще всего приводит к получению конструкции самого низкого качества, а иногда и вовсе к ее разрушению. Случиться данное может и при условии укладки бетона высокого качества и правильного выполнения полностью всех арматурных, бетонных и опалубочных строительных работ. Крайне важно ухаживать за затвердевающим бетоном во время первых дней после того, как была выполнена укладка.

Рекомендации по уходу

Для того чтобы предотвратить появление трещин, следует проводить укрывание и полив максимум через 10-12 часов. Во время ветреной погоды либо жары – через 2-3 часа после выполнения процесса укладки (подобные нормы не касаются ухода за смесью в зимний период времени либо при жарком и сухом климате). В летний период времени в условиях умеренной климатической зоны при теплой сухой погоде бетон на основе обыкновенного портландцемента следует поливать на протяжении 7 дней. При этом на глиноземном поливать следует всего 3 дня, а на шлакопортландцементе – в течение 14 суток.

Читайте также:  Значение водоцементного соотношения бетонной смеси

В случае если температура воздуха более 15 градусов, в дневное время в первые 3 дня бетон следует поливать каждые 3 часа, а в ночное время – только 1 раз. Далее полив должен проводиться не реже чем 3 раза в сутки. Если поверхность конструкции предварительно будет накрыта материалом, который способен удерживать влагу, к примеру, матами либо брезентом, перерывы между поливом могут увеличиться в 1,5 раза. Бетон, поверхность которого укрывается полиэтиленовой защитной пленкой, не поливается. Полив не следует проводить при температурах воздуха от 0 до +5 °C.

Защита конструкции

Наиболее распространенным методом накрывания является применение материалов, которые способны удерживать влагу, – рогожи, матов, песка. Однако в достаточно большом количестве случаев перекладывание подобных материалов и поддержание их во влажном состоянии является весьма трудоемким процессом и не годится, в случае если планируется выполнять большие объемы.

Несколько более эффективным можно считать использование водонепроницаемых пленок, к примеру, полиэтиленовых. Помимо того, пленкообразующих материалов в соответствии с требованиями по эксплуатации, при этом желательно, чтобы они были светлых тонов.

После заливки нужно сразу же накрыть пленкой из полиэтилена, чтобы не допустить излишнего попадания влаги.

Для устройства подобной защиты следует применять стандартные пленкообразующие материалы (ПМ), битумные эмульсии, лак этиноль. Пленки, которые имеют темный цвет, после их формирования лучше всего будет осветлять. Делать это можно при помощи водного раствора мела. В летний период бетон должен укрываться от солнечных лучей, а в зимний – от воздействия мороза.

Для того чтобы предотвратить вредные нагрузки на смесь (к примеру, такие, как движение людей), может понадобиться установка опалубки либо риштовки. Данный процесс можно выполнять исключительно после того, как прочность достигнет показателя как минимум в 1,5 МПа.

Ускорение процесса твердения

Продолжительность твердения имеет весьма большое значение.

Темп набора прочности будет зависеть от вида цемента, а также наличия различных химических добавок, которые способны повлиять на процесс твердения, и температур, при которых подобный процесс будет происходить. Таблица, прикрепленная в конце статьи, содержит данные о темпе твердения.

Применение бетона на цементе, который быстро затвердевает, способно обеспечить скорость нарастания прочности в ранний период затвердевания (понадобится приблизительно от 1 до 3 суток). Чаще всего подобный цемент используется для того, чтобы была возможность проводить ремонтные работы и устраивать стыки в сборных конструкциях. Таблица содержит подробные данные по этому поводу.

Добавки необходимо вводить во время приготовления смеси. Количество сульфата натрия ни в коем случае не должно превышать 2%, нитрата кальция, нитрата натрия, нитрит-нитрата кальция – 4%. Хлорида кальция в конструкциях должно содержаться 3%, а в армированных конструкциях – 2%.

Процесс затвердевания может быть ускорен и при помощи тепловой обработки электропрогревом или контактным обогревом термоопалубкой, а в зимний период другими методами. В обычных и жарких условиях продолжительность воздействия электропрогрева составляет от 3 до 8 часов. После этого конструкция начнет набирать прочность самостоятельно.

Таблица, которая содержится в данном материале, дает возможность определить, какая прочность появится через определенный промежуток времени. Таблица содержит различные марки, также в ней предусмотрен такой параметр, как среднесуточная температура.

Page 2
  • Армирование
  • Виды
  • Изготовление
  • Инструменты
  • Монтаж
  • Расчёт
  • Ремонт

1pobetonu.ru

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

www.betonmo26.ru

График набора прочности бетона – определение скорости гидратации раствора

Создание различных строительных конструкций предполагает выполнение работ с цементным раствором, потому чрезвычайно важно предварительно изучить график набора прочности бетона, чтобы строительство завершилось успешно. Для достижения раствором марочной твердости обычно необходимо 4 недели, однако на протекание затвердевания могут влиять различные факторы, которые следует учитывать.

Первый этап приобретения цементом марочной твердости – процесс схватывания, который происходит за несколько суток с момента подготовки смеси. Скорость схватывания напрямую зависит от температуры воздуха:

  1. 1. Летом при достижении воздухом температуры 20 градусов по Цельсию процесс схватывания начнется уже через 120 минут после заливки смеси и полностью завершится еще через 60 минут. Итого на весь процесс уйдет примерно 3 часа.
  2. 2. При охлаждении воздуха схватывание начнется намного позже. При 0 градусов оно начинается через шесть и более часов, а на всю первую стадию твердения уйдет до суток.

Чем теплее воздух, тем быстрее схватывается смесь. Жарким летом для схватывания бывает достаточно 10-15 минут.

В жаркую погоду бетон может схватиться за 10-15 минут

Схватывание бетонного раствора приводит к началу его затвердевания, потому очень важно придать смеси нужную форму максимально быстро. При высоких температурах требуется увеличение времени схватывания, чему способствует механизм тиксотропии. Так называют способность раствора уменьшать вязкость из-за встряхивания. Из-за этого смесь в бетономешалке на протяжении длительного времени сохраняет свои качества и не твердеет.

После схватывания запускается процесс твердения. На набор максимально возможной жесткости уходит до нескольких лет, однако свои характеристики цемент приобретает уже спустя 4 недели. Процесс затвердения раствора очень неравномерен. Наиболее интенсивно он идет в течение первой недели-двух с момента заливки, за это время он приобретает до 70 процентов от своего максимального значения, после чего твердение замедляется, однако не прекращается.

Набор прочности бетона – продолжительная процедура, на которую могут оказывать влияние различные факторы. К наиболее значимым из них относят:

  • внешнюю температуру;
  • влажность воздуха;
  • марку.

Теплота воздуха – самый важный фактор, влияющий на скорость приобретения бетоном его характеристик. При прохладном воздухе процесс затвердевания происходит намного медленнее, чем жарким летом. При морозе процесс набора жесткости полностью останавливается, так как входящая в состав смеси вода замерзает, а она необходима для гидратации цемента. При повышении температуры выше нуля процесс затвердевания продолжится, но способен вновь остановиться из-за мороза.

Зимой процесс затвердевания происходит намного медленнее

Для работы в зимнее время обычно используют смеси, в состав которых входят специальные вещества, обеспечивающие ускорение процедуры затвердевания и снижающие температуру, при которой процедура гидратации останавливается. На современном рынке представлены качественные составы, твердеющие максимально быстро и способные достичь крепости за 14 дней.

Горячий воздух среды позитивно сказываются на скорости затвердевания бетона. При +40 градусах по Цельсию раствор приобретает твердость в течение первой недели. Именно по этой причине все работы с растворами принято проводить в летний период.

Зимой для ускорения процесса твердения и предотвращения замерзания воды могут использовать специальное оборудование и средства для подогрева залитой конструкции. Однако это, во-первых, требует профессиональных знаний, во-вторых, приводит к существенному удорожанию всех запланированных строительных работ. Нагрев до температуры более 90 градусов недопустим, так как из-за этого может пострадать сама структура возводимых частей.

Ниже представлен график, отражающий время набора марочной прочности бетона в зависимости от температуры. Кривые построены из расчета характеристик материала марки М400 и они позволяют определить процент прочности, набираемой за определенное количество суток в соответствии с различными температурными условиями. Первая линия – это +50 градусов по Цельсию, последняя – +5 градусов.

К примеру, график дает возможность определить, что при +50 градусах смесь за первые 2 суток наберет около 75% от марочной прочности. При +5 градусах эти же характеристики бетон приобретет только спустя 20 дней.

Существует специальное оборудование для ускорения затвердевания бетона

С помощью информации из графика можно также узнать сроки распалубки заливаемой конструкции. Распалубка может осуществляться после того, как смесь наберет более 50% от величины жесткости. Учитывая, что при температуре ниже +10 градусов для набора полной прочности бетону не хватит даже 4 недель, в таких условиях стоит задуматься о возможности подогрева заливаемых конструкций.

Определить оптимальное время заливки цементного раствора поможет приведенная ниже таблица. Она, в зависимости от марки материала и условий, показывает необходимое количество суток для гидратации.

В таблице красным цветом выделена нормативно-безопасная жесткость раствора, приобретаемая в течение указанного времени при определенных условиях. Зеленым – безопасная твердость смеси, приобретаемая в течение указанного времени при определенных условиях. Синим – твердость смеси, приобретаемая в течение указанного времени при определенных условиях.

Марка используемого цемента напрямую влияет на скорость затвердевания. Более того, марка определяет также критическую прочность раствора, которую он должен успеть приобрести на начальном этапе схватывания. Ниже приведено соотношение, описывающее критическую прочность (в проценте от марочной) для разных цементов:

  1. 1. М15-М150 – 50%.
  2. 2. М200-М300 – 40%.
  3. 3. М400-М500 – 30%.

Если планируется осуществлять заливку предварительно напряженных конструкций, критическая твердость будет составлять более 70% от марочной.

Что касается влажности окружающей среды, то пониженный уровень данного параметра может отрицательно влиять на процесс гидратации. Если влага будет полностью отсутствовать, то процедура гидратации цемента полностью остановится. Если же влажность будет высокой то скорость твердения будет увеличиваться. Оптимальные условия для быстрого затвердевания – высокая влажность и высокая температура.

Особенно критичной малая влажность станет для заливки при высоких температурах. Жара приведет к быстрому высыханию воды, что отрицательно скажется не только на времени гидратации, но и на характеристиках заливаемых конструкций. Из-за этого в теплое время года может требоваться периодическое увлажнение залитого цемента.

Так как на гидратацию цемента влияет множество факторов, заливку смеси необходимо осуществлять только после определения оптимальных условий и с их соблюдением. Если не учитывать влияющие на процедуру условия, все строительство способно завершиться совсем не так, как изначально планировалось и потраченные собственником деньги просто уйдут в трубу.

obustroen.ru

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.

Время твердения бетона в зависимости от температуры

Твердением цемента
называют процесс превращения цементного теста, состоящего из смеси цемента с водой, в камневидное тело — цементный камень.

Содержание

Химия твердения бетона. Образование цементного камня

Прочность цементного камня при нормальных условиях (теплая и влажная среда) продолжает нарастать многие годы. Опыты показали, что прочность его в воденарастает в течение 30 лет (дальнейшие систематические исследования не производились).

Твердению предшествует схватывание, т. е. процесс, в течение которого цементное тесто постепенно теряет пластичность, загустевает, но еще не приобретает прочности.

В соответствии с теорией твердения цемента, созданной академиком А. А. Байковым и развитой в дальнейшем другими советскими учеными (профессорами В. Н. Юнгом, Ю. М. Буттом, А. Е. Шейниным), процесс твердения представляет собой сложное физико-химическое явление: в составе цементного камня образуются новые соединения, которых не было в цементном клинкере.

Основное химическое соединение, входящее в состав цементного клинкера трехкальциевый силикат —- подвергается гидролизу разложению водой) и гидратации (соединению с водой) с образованием двух новых соединений: двухкальциевого гидросиликата 2СаО • SiO2 ад и гидрата окиси кальция.

Разложение идет по следующей реакции:

ЗСаО • SiO2+nН,О=2СаО • SiO2(n1 )Н2 О + Са(ОН)2.

Таким образом, при твердении цемента выделяется свободный гидрат окиси кальция Са(ОН)2. Это легко установить при помощи фенолфталеина, при действии которого получается яркомалиновое окрашивание.
Другое соединение в цементном клинкере — двухкальциевый силикат—гидратируется очень медленно и образует

2СаО • SiO2 •mh3O.

Трехкальциевый алюминат подвергается быстрой гидратации по реакции:

ЗСаО • А12О3+6Н2О=ЗСаО • А12О3 • 6Н2О.

Под воздействием воды на поверхности цементных частиц образуются двухкальциевый гидросиликат, гидрат окиси кальция и трехкальциевый гидроалюминат. Гидросиликат кальция почти нерастворим в воде и выделяется в коллоидальном состоянии, в виде студенистых оболочек, на поверхности црментных частиц.

Гидроокись кальция и трехкальциевый гидроалюминат растворяются в воде, но в небольшом количестве, и раствор быстро становится насыщенным, а в дальнейшем пересыщенным. Вследствие этого при продолжающейся химической реакции новые порции гидроокиси кальция и трехкальциевого гидроалюмината выделяются также в коллоидальном состоянии. Все указанные вещества образуют вокруг частиц цемента оболочку так называемого геля (студня).

Гель обладает склеивающей способностью, которая тем больше, чем меньше он разжижен водой, т. е. чем меньше водоцементное отношение ; -гель склеивает частицы цемента, а в цементно-песчаном растворе и зерна песка. В результате цементное тесто начинает густеть и терять пластичность — оно схватывается.

В дальнейшем гидроокись кальция и трехкальциевый гидроалюминат из коллоидального состояния переходят в более устойчивое мелкокристаллическое; выделяющиеся микрокристаллы пронизывают гель и срастаются. Одновременно гель, состоящий теперь главным образом из гидросиликата кальция, уплотняется, отчасти потому, что высыхает (если цемент твердеет на воздухе), отчасти из-за что внутрь цементных частиц отсасывается вода. Вода проникает в глубь частиц цемента постепенно, и в результате все и новые его порции вступают в химическую реакцию.

Гидросиликат кальция может в дальнейшем частично выкристаллизоваться. Соотношение между объемами гелеобразной и кристаллической частей твердеющего цементного камня в каждый данный момент влияет на его прочность, усадку, ползучесть и другие свойства, как это доказано проф. А. Е. Шейкиным.
Если цемент твердеет на воздухе (всегда содержащем углекислый газ), то имеет место еще карбонизация гидроокиси кальция:

Са(ОН)2+СО=СаСО3+Н2О.

Она происходит главным образом с поверхности цементного камня или бетона. Это доказывается тем, что при действии фенолфталеина на поверхность затвердевшего цементного камня он не окрашивается в малиновый дает; если же разломать этот камень и подействовать фенолфталеином на место свежего излома, то легко обнаружить, что свободная гидроокись кальция содержится в середине образца, а по краям ее нет.

Процессы образования геля, его кристаллизации и уплотнения, а также карбонизации приводят к превращению цементного теста в искусственный высокопрочный каменный материал. Эти процессы протекают сначала быстро, затем медленнее; в особенности медленно гель уплотняется. В соответствии с этим прочность цементного камня в первые 3—7 дней нарастает быстро, затем медленнее, а спустя 3 месяца — очень мало. Прочность цемента обычно испытывают через 3, 7 и 28 дней.
Даже через несколько месяцев твердения цемента внутренняя часть его зерен, наиболее крупных, еще не успевает вступить в реакцию с водой. При повторном помоле затвердевшего цемента и смешивании с водой он может снова твердеть, но прочность получается уже невысокой.

Нарастание прочности цементного камня

Нарастание прочности цементного камня имеет большое значение для строительства, так как позволяет постепенно увеличивать нагрузки на сооружения. Однако такое непрерывное повышение прочности может происходить только при твердении цементного камня в теплой и влажной среде. Если цементный камень будет находиться в сухой среде, то после испарения воды и уплотнения геля твердение приостановится.
При твердении в течение длительного срока в воде цементный камень получается более прочным, чем при твердении на воздухе.

Нормальными условиями для твердения бетона считаются: температура 15—20° и относительная влажность окружающего воздуха 90—100%, создаваемая в специальной камере или путем засыпки бетона песком либо опилками, которые постоянно увлажняют.

Твердение бетона в зависимости от температуры

Если бетон твердеет все время в воде, то он в конечном счете получается более прочным, чем при твердении на воздухе. В сухой среде через некоторое время после того, как окончится поглощение воды цементом и оставшаяся свободная вода испарится, твердение бетона прекращается. Обычно это происходит через несколько месяцев.

Бетон твердеет постепенно, причем прочность его при благоприятных температуре и влажности непрерывно повышается. В первые 7—14 дней после изготовления прочность бетона (на обыкновенном цементе) нарастает быстро, в дальнейшем же, особенно после 28 дней, это нарастание, как показывают результаты опытов, замедляется.

Твердение бетона при температуре ниже нормальной (ниже 15°) замедляется, а при температуре ниже 0° практически прекращается; наоборот, при повышенной температуре и достаточной влажности (в горячей воде с температурой до 80°, во влажном, паре с температурой 60—80° или в автоклаве при действии насыщенного водяного пара высокого давления и температуры) твердение идет значительно быстрее, чем в нормальных условиях.
Это имеет большое практическое значение при бетонных работах зимой и при изготовлении бетонных и железобетонных деталей. Прогревают бетон паром или электрическим током. Кроме ускорения твердения бетона при помощи тепла часто применяют химические средства; в воду при изготовлении бетонной смеси вводят химические ускорители — хлористый кальций или др.

Для расчета состава бетона заданной прочности в любой срок, а также для решения вопроса о возможности распалубки и загрузки сооружений можно применять простую формулу, полученную на основании опытов. Установлено, что прочность бетона при нормальных условиях твердения повышается приблизительно пропорционально логарифму времени:

Rn=R28 • lgn/lg28
где: Rn — прочность бетона (предел прочности при сжатии) в любой срок;
R28 — прочность бетона в возрасте 28 дней;

lgn—десятичный логарифм возраста бетона, выраженного в днях.

Эта формула применима только для обыкновенного портландцемента средних марок и дает удовлетворительные данные, начиная с n=3. Действительная прочность бетона может быть определена только испытанием контрольных образцов, твердеющих в условиях, аналогичных имеющимся в бетонном сооружении, или, еще точнее, испытанием бетона в самом сооружении.

Ускоритель твердения бетона

При повышении температуры среды или воды, на которой затворяется цемент, схватывание его значительно ускоряется. При понижении температуры схватывание замедляется, а при температуре ниже нуля прекращается, если только не добавлены соли, снижающие точку замерзания воды

На строительстве часто (например, для быстрой распалубки, при зимних бетонных работах и т. п.) требуется ускорить твердение цемента, а следовательно, и бетона.

Для этого пользуются химическими ускорителями, обогревают бетон паром или применяют электропрогрев.

Из химических ускорителей наиболее часто используют хлористый кальций СаСl2.

Эта дешевая соль, получающаяся на химических заводах как побочный продукт при производстве соды или хлора, применяется на бетонных работах в виде раствора, вводимого при изготовлении бетонной смеси.

Хлористый кальций берется в небольшом количестве — от 1,5 до 3% от веса цемента. Оптимальный процент добавки хлористого кальция устанавливается для каждого цемента при помощи специальных опытов. При правильно выбранном проценте добавки прочность цемента или бетона повышается по сравнению с прочностью материала без добавки:

  • при сроке твердения 3 дня — примерно в 2 раза;
  • 7 дней -— в 1,5 раза;
  • 28 дней — в 1,1 раза.

Если добавки взято слишком много, то схватывание может недопустимо ускоряться, а прочность, быстро нарастая в первые дни, окажется в дальнейшем ниже, чем у цемента без добавки.

Схватывание цемента с добавкой хлористого кальция должно ускориться не более, чем в 2 раза.

Действие хлористого кальция основано на соединении его с гидроокисью кальция, выделяющейся при твердении цемента, и образовании мало растворимой хлорокиси кальция.
Хлористый кальций ускоряет твердение не только обыкновенного портландцемента, но также шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента.

При отсутствии хлористого кальция можно применять слабый раствор соляной кислоты (1—2%-ный раствор НС), так как она, реагируя с гидроокисью кальция в твердеющем цементе, вызовет образование хлористого кальция по реакции:

Са(ОН)2+2НСl = СаСl2+2Н3О.

Усадка бетона при твердении

Усадку и расширение бетона учитывают при проектировани бетонных конструкций. Процесс твердения бетона сопровождается изменением его объема

При твердении на воздухе бетон дает усадку, при твердении в воде он не изменяется в объеме или незначительно разбухает.

В больших массивах бетон может расширяться вследствие нагревания до 30—60° (в силу внутреннего выделения тепла). Величина этого расширения значительно превосходит усадку. Коэффициент температурного расширения обычного бетона равен 0,00001. Коэффициент усадки в расчетах обычно принимается равным 0,00015, т. е. на 1 м длины бетонного сооружения усадка составляет 0,15 мм.

Усадка вызывается давлением воды в капиллярах цементного камня при ее испарении. Опытами установлено следующее:

  1. усадка бетона тем больше, чем выше содержание в нем цемента и воды;
  2. быстро схватывающиеся и высокопрочные портландцементы, а также пуццолановый портландцемент обычно вызывают большую усадку бетона;
  3. усадка больше при мелкозернистых и пористых заполнителях;
  4. влажный режим твердения и специальные покрытия не дают бетону быстро высыхать с поверхности, тем самым устраняются последствия большой и неравномерной усадки (трещины)

Усадку и расширение бетона учитывают при проектировани конструкций и производстве бетонных работ в сооружения большой длины устраивают специальные швы, в массивных сооружениях бетон укладывают отдельными блоками, применяют цементы с минимальными тепловыделением и усадкой. Это особенно важно при выборе цементов для гидротехнических сооружений

График набора прочности бетона в зависимости от температуры

Самым важным показателем качества бетонов является прочность материала. Согласно требованиям ГОСТ в условиях сжатия она может варьировать в диапазоне М50-800. Наибольшей популярностью пользуются марки цемента М100-500.

Блок: 1/5 | Кол-во символов: 219
Источник: http://aquagroup.ru/articles/nabor-prochnosti-betona.html

Стадии набора прочности и влияние температуры

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

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

Блок: 2/7 | Кол-во символов: 456
Источник: http://okbeton.ru/raschet/nabor-prochnosti-betona-v-zavisimosti-ot-temperatury.html

Срок твердения бетона

Подавляющее большинство самодеятельных строителей считают по не совсем понятным причинам, что за окончанием укладки в опалубку либо завершением работ по выравниванию стяжки процесс бетонирования законченным. Между тем, время схватывания бетона значительно больше, чем время на его укладку. Бетонная смесь – живой организм, в котором по окончании укладочных работ происходят сложные и протяженные по времени физико-химические процессы, связанные с превращением раствора в надежную основу строительных конструкций.

Прежде чем производить распалубку и наслаждаться результатами приложенных усилий, нужно создать максимально комфортные условия для созревания и оптимальной гидратации бетона, без которой невозможно достижение требуемой марочной прочности монолита. Строительные нормы и правила содержат выверенные данные, которые приведены в таблицах времени схватывания бетона.

Температура бетона, ССрок твердения бетона, сутки
1 2 3 4 5 6 7 14 28
Прочность бетона, %
0 20 26 31 35 39 43 46 61 77
10 27 35 42 48 51 55 59 75 91
15 30 39 45 52 55 60 64 81 100
20 34 43 50 56 60 65 69 87
30 39 51 57 64 68 73 76 95
40 48 57 64 70 75 80 85
50 49 62 70 78 84 90 95
60 54 68 78 86 92 98
70 60 73 84 96
80 65 80 92

Содержащиеся в официальных таблицах данные, конечно, должны служить ориентиром при самостоятельном обустройстве бетонных или железобетонных конструкций. Но применение таких данных должно происходить в плотной практической привязке к реальным условиям строительства.

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 1437
Источник: https://betonshchik.ru/poleznoe/vremja-shvatyvanija-betona.html

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.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 1955
Источник: https://betonpro100.ru/harakteristiki-i-svojstva/nabor-prochnosti-betona

Уход за бетоном после заливки: основные цели и методы

Процессы, связанные с проведением мероприятий, которые предшествуют распалубке, содержат несколько технологических приемов. Цель выполнения таких мероприятий одна – создание железобетонной конструкции, максимально соответствующей по своим физико-техническим свойствам параметрам, которые заложены в проект. Основополагающим мероприятием, безусловно, является уход за уложенной бетонной смесью.

Уход заключается в выполнении комплекса мероприятий, которые призваны создать условия, оптимально соответствующие происходящим в смеси физико-химическим преобразованиям, во время набора прочности бетона. Неукоснительное следование предписанным технологией ухода требованиям позволяет:

  • свести к минимальным значениям усадочные явления в бетонном составе пластического происхождения;
  • обеспечить прочностные и временные значения бетонного сооружения в параметрах, предусмотренных проектом;
  • предохранить бетонную смесь от температурных дисфункций;
  • препятствовать прелиминарному отвердению уложенной бетонной смеси;
  • предохранить сооружение от различного происхождения воздействий механического или химического генеза.

Процедуры ухода за свежеобустроенной железобетонной конструкцией следует начинать непосредственно по окончании укладки смеси и продолжаться до тех пор, пока ей не будет достигнуто 70 % прочности, предусмотренной проектом. Это предусматривается требованиями, изложенными в пункте 2.66 СНиПа . Распалубку можно провести и в более ранние сроки, если это обосновано сложившимися параметрическими обстоятельствами.

После окончания укладки бетонной смеси следует провести осмотр опалубочной конструкции. Цель такого осмотра – выяснение сохранения геометрических параметров, выявление протечек жидкой составляющей смеси и механических повреждений элементов опалубки. С учетом того, сколько времени застывает бетон, точнее сказать – с учетом времени его схватывания, проявившиеся дефекты необходимо устранить. Среднее время, за которое может схватиться свежеуложенная бетонная смесь, составляет около 2-х часов, в зависимости от температурных параметров и марки портландцемента. Конструкцию необходимо предохранять от любого механического воздействия в виде ударов, сотрясений, вибрационных проявлений столько, сколько времени сохнет бетон.

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 2295
Источник: https://betonshchik.ru/poleznoe/vremja-shvatyvanija-betona.html

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.

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 1871
Источник: https://TvoiDvor.com/beton/grafik-nabora-prochnosti-betona-v-zavisimosti-ot-temperaturyi/

Вторая стадия

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

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

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

Блок: 4/7 | Кол-во символов: 960
Источник: http://okbeton.ru/raschet/nabor-prochnosti-betona-v-zavisimosti-ot-temperatury.html

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.

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 1014
Источник: https://TvoiDvor.com/beton/grafik-nabora-prochnosti-betona-v-zavisimosti-ot-temperaturyi/

График набора прочности бетона

Временной интервал, на протяжении которого происходит обретение раствором необходимых эксплуатационных свойств, называется периодом выдерживания бетона, после которого можно наносить защитный слой бетона. График набора прочности  отражает время, которое требуется бетону для достижения максимального значения прочности.

В нормальных условиях состав «созревает» за 28 дней. На протяжении первых 5-ти дней происходит интенсивное твердение бетона. Спустя 7 дней после заливки достигаются 70% прочности выбранной марки. Однако дальнейшие строительные работы специалисты советуют начинать лишь при достижении 100% — не ранее, чем через 28 дней после заливки.

Время набора прочности бетона для каждого отдельного случая может несколько отличаться. Для точного определения срока твердения состава проводят контрольные испытания образцов материала.

В теплое время года в монолитном домостроении для оптимизации процесса выдерживания состава и обретения им оптимальных механических и физические свойства достаточно следующих операций:

  • Выдерживание в опалубке бетона.
  • Дозревание состава после удаления опалубки.

Если мероприятия проводятся в холодное время года, для достижения должной марочной прочности следует обеспечить дополнительное обогревание бетона и его гидроизоляцию. Связано это с тем, что при снижении температуры происходит замедление процесса полимеризации.

Чтобы ускорить набор прочности и минимизировать время выдержки бетона рекомендуется использовать пескобетоны с низким водоцементным соотношением. При соотношении вода и цемент 1/4 сроки, приведенные в таблице, сокращаются в 2 раза. Для достижения такого результата в состав добавляются пластификаторы. Также сократить срок созревания состава можно, искусственно увеличив температуру.

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 1781
Источник: http://aquagroup.ru/articles/nabor-prochnosti-betona.html

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.

Блок: 5/5 | Кол-во символов: 1103
Источник: https://ResForBuild.ru/beton/rastvor/grafik-nabora-prochnosti-betona.html

Зависимость времени набора прочности от марки бетонной смеси

Логически понятно, что применение для приготовления бетонных составов разных марок портландцемента приводит к изменению времени твердения бетона. Чем выше марка портландцемента, тем меньше время для набора прочности требуется смеси. Но при использовании любой марки, будь это марка 300 либо 400, не следует прикладывать к железобетонной конструкции значительные механического характера нагрузки раньше, чем по истечении 28 дней. Хотя время схватывания бетона по таблицам, приведенным в строительных правилах, может быть и меньше. Особенно это касается бетонов, приготовленных с применением портландцемента марки 400.

Марка цементаВремя твердения различных марок бетона
за 14 суток за 28 суток
100 150 100 150 200 250 300 400
300 0.65 0.6 0.75 0.65 0.55 0.5 0.4
400 0.75 0.65 0.85 0.75 0.63 0.56 0.5 0.4
500 0.85 0.75 0.85 0.71 0.64 0.6 0.46
600 0.9 0.8 0.95 0.75 0.68 0.63 0.5

Проектирование, строительство и окончательное обустройство любых построек с применением железобетонных компонентов требует внимательного отношения ко всем стадиям возведения. Но от тщательности изготовления бетонных составляющих, в особенности фундаментов, в значительной степени зависит долговечность и надежность всего сооружения. Соблюдение сроков, за какое время схватываются бетонные смеси и составы, можно с уверенностью назвать основой успеха в любом строительном процессе.

Блок: 5/5 | Кол-во символов: 1416
Источник: https://betonshchik.ru/poleznoe/vremja-shvatyvanija-betona.html

Вывод

В реальности прочностные показатели бетонных конструкций могут изменяться по очень многим причинам. Важно обеспечить оптимальные параметры для реализации по времени графика роста прочностных свойств, соответствующих марке бетона.

Блок: 6/6 | Кол-во символов: 234
Источник: https://kladembeton.ru/poleznoe/nabor-prochnosti-betona.html

Заключение

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

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 231
Источник: http://okbeton.ru/raschet/nabor-prochnosti-betona-v-zavisimosti-ot-temperatury.html

Кол-во блоков: 18 | Общее кол-во символов: 20078
Количество использованных доноров: 7
Информация по каждому донору:
  1. https://TvoiDvor.com/beton/grafik-nabora-prochnosti-betona-v-zavisimosti-ot-temperaturyi/: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 2885 (14%)
  2. http://okbeton.ru/raschet/nabor-prochnosti-betona-v-zavisimosti-ot-temperatury.html: использовано 3 блоков из 7, кол-во символов 1647 (8%)
  3. https://betonpro100.ru/harakteristiki-i-svojstva/nabor-prochnosti-betona: использовано 1 блоков из 4, кол-во символов 1955 (10%)
  4. http://aquagroup.ru/articles/nabor-prochnosti-betona.html: использовано 5 блоков из 5, кол-во символов 4054 (20%)
  5. https://ResForBuild.ru/beton/rastvor/grafik-nabora-prochnosti-betona.html: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 4155 (21%)
  6. https://kladembeton.ru/poleznoe/nabor-prochnosti-betona.html: использовано 1 блоков из 6, кол-во символов 234 (1%)
  7. https://betonshchik.ru/poleznoe/vremja-shvatyvanija-betona.html: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 5148 (26%)

Термостойкость бетона — Статьи — М350

Температурный фактор оказывает существенное влияние на формирование и изменение свойств бетона. Повышение температуры при твердении ускоряет химические реакции гидратации, что положительно влияет на рост прочности бетона. Резкое ускорение процессов твердения бетонов наступает при температурах 70-95С, и особенно при 170-20С. Однако при недостатке воды в бетоне воздействие повышенных температур замедляет процесс гидратации, снижает прочность бетонов. При полном испарении воды процесс твердения прекращается. Положительное влияние повышенных температур на скорость твердения бетонов послужило основой разработки и широкого применения в технологии железобетонных конструкций тепловлажностной обработки. Бетон нагревают с помощью пара, электроэнергии, инфракрасных лучей и др. При температурах более 100С тепловлажностную обработку ведут в автоклавах и специальных герметичных формах.
Для получения долговечного бетона важно свести к минимуму его деформации при температурном воздействии.
Остаточные деформации имеют место при недостаточном предварительном выдерживании бетона до тепловой обработки, повышенной скорости подъема температуры и ее снижения после отключения подачи пара.
Опасность возникновения трещин при развитии температурных напряжений повышается при обработке изделий большой толщины сплошного сечения или из ячеистых бетонов с повышенным водосодержанием.
Возникновение термических напряжений в бетоне возможно не только при его нагреве от внешних источников тепла, но и в результате саморазогрева за счет экзотермии при твердении. Трещинообразование в массивном бетоне носит обычно термический характер.
Тепловыделение, или экзотермия, бетона является следствием гидратации цемента и структурообразования цементного камня. Анализ тепловыделения (калориметрический анализ бетона) является одним из наиболее объективных высокоинформативных методов исследования, широко используемый при исследовании кинетики процессов твердения цемента, оценке влияния его химико-минералогических и структурных особенностей, эффекта химических добавок, параметров порообразования, льдообразования и др. Обстоятельные исследования применения калориметрического анализа (в различных направлениях) выполнены О.П. Мчедло-вым-Петросяном и А.В. Ушеровым-Маршаком.
Имеется положительный опыт использования калориметрических данных в компьютерных системах и информационных технологиях бетона.
Экспериментальное определение тепловыделения бетонов производится в калориметрах термосного, адиабатического или изотермического типов. Наиболее широкое распространение получили простые по устройству термосные калориметры, недостатком которых является переменный и по существу случайный температурный режим твердения образцов бетона. Для пересчета получаемых данных на изотермический режим твердения разработана расчетная методика установления т.н. эквивалентных сроков, т.е. таких сроков, в которые бетон при постоянной температуре твердения 20°С будет показывать те же величины тепловыделения, какие наблюдаются при проведении опыта в термосном калориметре. Установленная таким путем зависимость изотермического тепловыделения от времени твердения является основной характеристикой бетона для расчета температурных полей в массивных бетонных конструкциях.
В адиабатических калориметрах повышение температуры адекватно температуре в средней части крупных бетонных массивов, однако они сложны по устройству и редко используются на практике. Наиболее предпочтительными являются калориметры изотермического типа, позволяющие поддерживать температуру бетона в процессе измерения тепловыделения на постоянном уровне.
Для приближенной расчетной оценки тепловыделения бетона предложены зависимости, учитывающие удельное тепловыделение цемента, параметры состава бетона, температуру и длительность твердения.
Наиболее удобна для расчетного определения тепловыделения бетона зависимость, учитывающая удельное тепловыделение цемента.

Интенсивные деструктивные процессы при нагревании бетона идут при температуре более 200°С .

Нагрев в интервале 200-400°С приводит к постепенному снижению прочности цементного камня и бетона из-за дегидратации в основном гидроалюминатов, а также распада и перекристаллизации гидросульфоалюминатов кальция. При нагревании свыше 300°С нарушается структура цементного камня и бетона в результате различия деформаций гид-ратных продуктов цементного камня и непрогидратированых зерен цемента.
При 500-600°С идёт разложение гидратных новообразований и дегидратация Са(ОН)2 — продукта гидролиза клинкерных минералов, преимущественно трехкальциевого силиката, что способствует дальнейшему снижению прочности цементного камня.
В интервале 600-700°С возможно модификационное превращение р — 2СаО*SiO2 в у — 2СаО*SiO2, сопровождаемое некоторым увеличением объёма. Портландцементные образцы, прогретые до температуры 600-800°С, полностью разрушаются после выдерживания их в воздушно-сухих условиях в основном в результате вторичной гидратации оксида кальция. При непрерывном нагревании ДО 1200°С прочность цементного камня составляет 35-40% прочности контрольных образцов. При этом развивается значительная усадка — до 1 % и более.
Установление основной причины разрушения цементного камня — гидратации, образующегося при нагреве оксида кальция -позволило разработать основной способ придания ему жароупорных свойств. Этот способ заключается во введении в цемент или бетонные смеси тонкомолотых минеральных добавок, которые химически связывают СаО, не образуют с минералами цемента легкоплавких веществ, являются устойчивыми к воздействию высоких температур и уменьшают усадку цементного камня при нагревании.
Портландцемент по жаростойкости значительно уступает шлакопортландцементу, образующему при гидратации значительно меньшее количество Са(ОН)2. При достаточной величине остаточной прочности на сжатие бетона после нагревания до 800°С и использовании шлакопортландцемента отпадает необходимость введения тонкомолотых добавок.
Специфическим видом разрушения бетона при тепловом воздействии является разрушение под воздействием огня в условиях пожара. Под влиянием высокотемпературного пламени снижается несущая способность бетонных и железобетонных конструкций, а через определённое время под действием огня возможно их разрушение. Снижение прочности бетона в условиях пожара происходит в результате развития внутренних напряжений вследствие различия температурного коэффициента линейного расширения цементного камня и заполнителей. При температуре выше 500°С снижение прочности бетона под воздействием огня усиливается разложением гидроксида кальция и полиморфным превращением b-кварца в а-кварц.
Огнестойкость бетона, также, как и огнестойкость других строи-тельныхматериалов, характеризуется пределом огнестойкости — продолжительностью сопротивления воздействию огня до потери им прочности. Пределом огнестойкости строительных конструкций называется время, в течение которого они сохраняют несущие и ограждающие функции в условиях пожара. Потеря конструкцией несущей способности сопровождается ее внезапным либо очень быстрым обрушением. Ограждающая способность конструкций теряется, когда температура необогреваемой поверхности в среднем возрастает на 160°С и в смежных помещениях возможно самовоспламенение материалов. При этом в конструкциях образуются сквозные трещины, через которые проникают продукты горения и пламя.
Предел огнестойкости определяется испытанием образцов в специальной камере, где тепловой режим поддерживают по стандартной кривой температура-время.
Предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций составляет 2-5 ч. Его повышают, увеличивая толщину бетонного слоя и подбирая соответствующий состав бетона.
Способность бетона противостоять, не разрушаясь, совместному действию напряжений от механической эксплуатационной нагрузки и термических напряжений при определенном числе циклов нагрева и охлаждения либо при температурном градиенте называют термостойкостью. Требования к термостойкости бетона и железобетонных конструкций зависят от их назначения, конкретных условий эксплуатации. Так, термостойкие агрегаты должны сохранять проектную прочность в течение всего нормативного срока эксплуатации, железобетонные колонны в зданиях 1-ой степени огнестойкости при пожаре не должны разрушаться ранее 2,5 ч, покрытие пола горячих цехов должно выдерживать попеременный нагрев и остывание при действии ударных нагрузок.
Существенное значение имеет вид заполнителя. Одним из важнейших факторов, влияющих на термическое расширение и термостойкость бетона, является его влажность. Равновесная влажность тяжелого бетона зависит от проницаемости бетона, степени гидратации и вида вяжущего, относительной влажности и температуры окружающей среды. Например, для тяжелого бетона на портландцементе с В/Ц=0,5 при 1=20°С равновесная влажность колеблется от 0,5 до 6,8% при изменении относительной влажности от 0,15 до 0,95. При интенсивном тепловом воздействии разрушению в большей степени подвергаются поверхностные слои бетона в изделиях и конструкциях с наибольшим градиентом влажности. Давление пара в бетоне в значительной степени зависит от скорости нагрева, проницаемости и начальной влажности. Наибольшее давление пара от теплового воздействия наблюдается при заполнении водой 70-80% порового пространства. Термостойкость бетона увеличивается с уменьшением размера крупного заполнителя, при тщательном приготовлении бетонной смеси и уходе за бетоном при его твердении с целью получения структуры с наименьшим количеством и минимальными по длине трещинами.
Величина коэффициента расширения и термостойкость уменьшаются с возрастом бетона. Большей термостойкостью будет обладать бетон с меньшими значениями модуля упругости, большей теплопроводностью. Важное значение имеет также различие температурных деформаций крупного заполнителя и растворной части. Термостойкость бетона можно увеличить дисперсным армированием температуростойкими волокнами из асбеста, базальта или стальных фибр, конструктивным армированием, применением заполнителей из андезита, базальта, диабаза и других материалов, обеспечивающих минимальное различие температурных деформаций отдельных компонентов.

Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин


  • Цена с доставкой в Троицке (как и везде) складывается как стоимость на самовывоз бетона в троицке + цена доставки.
  • Подробные детали про бетон м200 (класс, стоимость, свойства, круг применения и месторасположение производств)
  • Все данные о бетоне м 350 (стоимость, показатели, сфера использования и пункты отгрузки)

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 бетонаСреднесуточная температура бетона в °CСрок твердения в сутках
123571428
Прочность бетона на сжатие (процент от марочной)
М200–300, замешанный на портландцементе М 400–500-336812152025
05121828355065
+59192738486277
+1012253750587285
+20234050657590100
+303555658090100

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 конструкций70
М15 – 15050
М200 – 30040
М400 – 50030
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.

Температура отверждения бетона имеет значение

Вне зависимости от того, жаркие или морозные условия, идеальная температура выдержки бетона должна поддерживаться на уровне около 55 ° F для достижения оптимальной прочности бетона.

Лечение дамбы Гувера

После завершения строительства в 1935 году плотина Гувера была самой большой плотиной в мире и чудом труда и инженерной мысли. Первая заливка началась 6 июня 1933 года. Рабочие построили плотину не как один бетонный блок, а как серию отдельных колонн.Трапециевидные колонны поднимались пятифутовым подъемником. Этот метод позволил рассеять огромное количество тепла, выделяемого застывшим бетоном. Если бы плотина была построена путем однократной непрерывной заливки, бетон стал бы настолько горячим, что для его охлаждения до температуры окружающей среды потребовалось бы 125 лет. Возникающие в результате напряжения могли бы привести к растрескиванию и обрушению дамбы.

Жара и сухость Невады вызвали дополнительные сложные проблемы с температурой заливки и отверждения бетона.При первой заливке бетона речная вода циркулировала через охлаждающие змеевики из тонкостенных стальных труб диаметром 1 дюйм. После того, как бетон получил первое начальное охлаждение, охлажденная вода из холодильной установки на нижнем перемычке циркулировала через змеевики для завершения охлаждения.

Отверждение бетона — искусство

Мы живем в мире, где быстрее всегда кажется лучше; однако бетон, который затвердевает слишком быстро или в условиях затвердевания горячего бетона, на самом деле может привести к образованию слабого или нестабильного бетона.Если бетон выдерживается при более низких температурах окружающей среды (от 32 ° F до 50 ° F) и постоянно присутствует влага, увеличение прочности будет медленным, но в конечном итоге бетон достигнет высокой прочности. Бетон не должен нагреваться выше 90 ° F или высыхать в течение периода отверждения.

Наилучшая температура отверждения бетона

Под «лучшим» мы подразумеваем «самый тщательный», а не самый быстрый. Высокие температуры означают более быстрое отверждение, но быстрое отверждение в конечном итоге означает меньшую прочность.Следующее исследование, проведенное Полом Клигером в Исследовательском бюллетене № 103 Портлендской цементной ассоциации, иллюстрирует эту концепцию.

График времени отверждения бетона

при температуре

В возрасте 1 дня бетон 120 ° F был самым прочным, а бетон 25 ° F — самым слабым. К 7 дням бетон, отвержденный при высокой температуре, имел не большую прочность, чем бетон 73 ° F, или даже меньше. К 28-дневному возрасту высокотемпературный бетон был слабее бетона с температурой 73 ° F.С 28 дней до 1 года бетон с температурой 55 ° F был значительно прочнее, чем бетон с температурой 73 ° F. Все это говорит о том, что при непрерывном отверждении бетон, выдержанный при температуре около 55 ° F в течение первых 28 дней, в конечном итоге достигает максимальной прочности (бетон).

Пределы температуры бетона в жаркую погоду

Бетонирование в жаркую погоду связано не только с температурой. Высокая температура окружающей среды, ветер и относительная влажность — все это играет роль в «жаркой погоде». В условиях горячего вереска основная проблема отверждения заключается в том, что верхняя часть бетонной плиты высыхает намного быстрее, чем нижняя.По мере высыхания бетон дает усадку. Это означает, что верх будет сжиматься, а нижний — нет. Это создает внутренние проблемы с бетоном, что приведет к повреждению плиты. Верх и низ заливки необходимо затвердеть с одинаковой скоростью (Размещение).

Решения по температуре отверждения бетона

Слишком жарко?

North Slope Chillers производит портативное охлаждающее оборудование, которое предохраняет свежеулитый бетон от тепла.Портативные, изолированные и эффективные чиллеры North Slope эффективно регулируют температуру бетона как в обычных, так и в жарких условиях.

Циркуляционное одеяло Fluxwrap комбинируется с охладителем или охладителем для достижения оптимальных результатов. Циркуляционное одеяло отводит тепло к одеялу, чтобы охладить бетон.

  • Используйте запатентованную технологию распределения тепла Powerblanket в обратном направлении — охлаждающее одеяло отводит тепло и снижает температуру бетона.
  • Покрывало и изоляция такие же, как и в прочной системе, используемой в нагревательных изделиях Powerblanket
  • Портативный
  • Контроль скорости затвердевания свежеуложенного бетона даже в жарких условиях

Слишком ХОЛОДНО?

Можно ли заливать и выдерживать бетон зимой? Покрытия для отверждения бетона Powerblanket обеспечивают управляемый способ эффективного и уверенного отверждения бетона в холодные месяцы. Даже в теплую погоду одеяла для отверждения Powerblanket увеличивают производительность за счет быстрого отверждения при постоянном равномерном нагреве.

  • Бетон твердеет в 2,8 раза быстрее, чем обычные теплоизолированные одеяла
  • Обеспечивает прочность бетонирования в холодную погоду до 3925 фунтов на квадратный дюйм за 72 часа
  • Поддерживать влажность на протяжении всего процесса гидратации
  • Легко устанавливается и снимается
  • Предотвратить цикл замораживания
  • Оттаивание земли и иней на стройплощадке перед заливкой
  • Сократить время простоя и повысить рентабельность
  • Обеспечение соответствия требованиям ACI для бетонирования в холодную погоду

Powerblanket понимает, каково работать над большими бетонными проектами, когда погода и температура не работают.От Статуи Свободы до крупного межгосударственного моста в Канзас-Сити — мы участвовали в акции и доказали, что наши продукты являются лучшими в отрасли.

Для получения дополнительной информации о решениях ознакомьтесь с одеялами для отверждения бетона Powerblanket и найдите то, которое лучше всего соответствует вашим потребностям.

Процитированные работы

«Укладка бетона в жаркую или холодную погоду». Блог Сакрете. 16 мая 2017 г. https://www.sakrete.com/blog/placing-concrete-in-hot-or-cold-weather

«История плотины Гувера — Очерки».Бюро мелиорации. 16 мая 2017 г. https://www.usbr.gov/lc/hooverdam/history/essays/concrete.html

(PDF) Влияние низких температур на свойства бетона

WMCAUS 2018

IOP Conf. Серия: Материаловедение и инженерия 471 (2019) 032026 IOP Publishing

doi: 10.1088 / 1757-899X / 471/3/032026

5

4.1. Изменение состава смеси

4.1.1. Снижение соотношения воды и тепла. Соотношение воды для замеса и цемента оказывает значительное влияние на устойчивость бетонной смеси

к замерзанию.С его уменьшением количество капиллярных пор, содержащихся в конструкции бетона

, уменьшается, что приводит к увеличению гидростатического сопротивления. В этой ситуации небольшому количеству воды

, содержащемуся в бетоне, негде превратиться в лед.

Использование пластифицирующих добавок позволяет производить бетон с уменьшенным количеством воды

при неизменном значении в / ц, что желательно при замерзании. Кроме того, пониженная степень водонепроницаемости

обеспечивает лучшую герметичность бетонной конструкции и вызывает более медленное впитывание воды.

Поддержание водосодержания ниже 0,4 позволяет изготавливать бетон с хорошей морозостойкостью. Этот

применяется в основном к пористости, распределению и размеру пор, проницаемости, капиллярному поднятию и водопоглощению.

4.1.2. Правильный выбор цемента. Содержание щелочи (K2N, N2O, растворимые сульфаты) со значением

более 0,8% в цементе влияет на затруднение аэрации бетонной смеси. Степень помола цемента

также важна, потому что она не может быть слишком большой, потому что мелкоизмельченный цемент вызывает затруднения при аэрации

.

Цементы с высоким содержанием алита и сульфатостойкие цементы относятся к морозостойким. В обороте

пуццолановые и металлургические цементы обладают гораздо меньшей устойчивостью к замерзанию. В целом, компоненты цемента

оказывают значительное влияние на правильное функционирование аэрационных добавок.

4.1.3. Подбор подходящего агрегата. При изготовлении морозостойкого бетона решающим параметром является капиллярная пористость заполнителя

.Его текстура, наличие пор и способность отдельных зерен

поглощать замерзающую воду при рабочих температурах имеют большое значение.

4.1.4. Использование цемента с высокой теплотой гидратации. Может показаться, что если это тепло выделяется, а сам бетон

не кажется теплым или даже горячим, это не слишком много. Это всего лишь иллюзия, которая не указывает на то, что

не указывает на то, что молодой бетон не выделяет тепло.

Следует научиться использовать потенциал, который дает нам высококачественный цемент, чтобы не бояться бетона даже в

более холодных дней.Количество тепла, которое молодой бетон дал нам в правильном соотношении с другими

ингредиентами, достаточно для проведения правильного процесса связывания.

4.1.5. Применение аэрационной добавки. Лучший способ разрушить капилляры, содержащиеся в бетонной смеси

, — использовать аэрированную добавку, которая вводит в структуру сеть из равномерно диспергированных

маленьких сферических пузырьков воздуха размером примерно 10 — 300 мкм. Дополнительные свободные пространства, вводимые добавкой

, компенсируют избыток воды, вытесненной из зоны образования льда при замерзании бетона

.

Кроме того, аэрация делает бетонную смесь более когезивной, осаждение уменьшается, а вода для смешивания

не отделяется от бетона. Кроме того, он ограничивает расслоение компонентов

во время транспортировки и смешивания, улучшает удобоукладываемость, консистенцию и вязкость бетона.

Аэрация увеличивает пористость и, таким образом, снижает прочность на сжатие.

предполагается, что 1% дополнительного воздуха вызывает потерю прочности примерно на 5.5%.

Методы ограничения температуры бетона

Повышение температуры бетона выше определенного уровня вызовет серьезные проблемы. Поэтому очень важно ограничить температуру заливки бетона. Если повышение температуры бетона невозможно контролировать, это приведет к образованию корки в бетоне до его затвердевания, задержке образования эттрингита и т. Д.

Причина повышения температуры бетона

В процессе гидратации выделяется тепло и он рассеивается в окружающую среду в виде тепловой энергии.Тепло образуется в результате реакции воды и цемента. Это сложная реакция, поэтому необходимо обсудить реакцию нескольких материалов. C 3 S и C 3 A — это компоненты цемента, наиболее влияющие на теплоту гидратации. Они выделяют больше тепла по сравнению с другими компонентами.

Максимально допустимая температура для заливки бетона

Максимально допустимое повышение температуры бетона не может быть зафиксировано на точном уровне.Это зависит от типа бетона и его состава. Однако существуют общие нормы ограничения температуры бетона.

Американский институт бетона также дает некоторые рекомендации по колебаниям температуры.

В соответствии с общими нормами в строительной отрасли, оно составляет 70 по Цельсию . Однако в зависимости от проекта строительства эта величина может варьироваться. Основная цель ограничения повышения температуры в бетоне — избежать растрескивания незрелого бетона и замедленного образования эттрингита.

Точная температура, за пределами которой образуются отсроченные эттрингиты, не может быть указана путем повышения температуры, которую пытаются ограничить 70 градусами Цельсия.

Некоторые руководящие принципы подняли этот предел выше указанного выше значения на основе количества добавленных материалов, таких как зола. Кроме того, добавление такого материала, как летучая зола, в качестве наполнителя снижает теплоту гидратации и, как следствие, повышение температуры бетона.

По общим нормам допускается добавление золы уноса до 35% .Кроме того, следующие ограничения также учитываются в строительных проектах для контроля повышения температуры.

  • Обычной практикой является ограничение разницы температур между внешней бетонной поверхностью и ядром до по Цельсию 20 . Однако в некоторых проектах это значение поддерживается на уровне 25 градусов Цельсия с учетом масштаба и типа используемого бетона.
  • Кроме того, температурный градиент не может превышать по Цельсию 25 на погонный метр.Если конструкция выполняется с соблюдением вышеуказанных требований, растрескивание бетона в раннем возрасте может быть сведено к минимуму.

Кроме того, повышение температуры в ядре и поверхностях контролируется, чтобы проверить, находятся ли они в пределах установленного предела, с помощью макетного теста, который представляет точное состояние на площадке.

Почему следует ограничивать температуру бетона

Самый важный вопрос. Причина ограничения температуры. Фактически, температура является показателем тепла, выделяемого в процессе гидратации.Чем меньше жара, тем меньше риск.

Идея предельной температуры бетона состоит в том, чтобы избежать причин растрескивания на разных этапах его жизненного цикла. Повышает долговечность бетона. Это один из факторов , влияющих на долговечность бетона . Если температура не контролируется, могут возникнуть следующие проблемы.

  • Растрескивание незрелого бетона
  • Внутренние трещины из-за повышения температуры ядра
  • Внутренние / поверхностные трещины из-за более высокого температурного градиента
  • Образование отложенного эттрингита и асфальтобетона. в результате трещина в бетоне

Как ограничить температуру заливки бетона

Есть несколько методов, которые можно использовать для контроля повышения температуры бетона.Каждый из них обсуждается следующим образом.

Снижение температуры укладки

Температура укладки бетона напрямую влияет на повышение температуры бетона, поскольку она начинает подниматься от этой температуры. Поэтому при перемешивании бетона необходимо предпринимать необходимые действия. Согласно BS 5328 Part1 , температура размещения должна быть 30 по Цельсию , если не указано иное.

Можно предпринять следующие действия.

  • Используйте охлажденную / ледяную воду для смешивания бетона
  • Заберите воду из подземных подземных труб.
  • Хранить материал вдали от прямых солнечных лучей. Для поддержания температуры заполнителя можно производить непрерывное распыление воды.

  • Храните цемент в условиях низких температур. Когда цемент хранится в силосах, желательно их накрыть. Кроме того, на силосы можно нанести светоотражающую краску, чтобы минимизировать поглощение тепла.Кроме того, когда цемент хранится в магазине, его можно должным образом вентилировать, чтобы избежать повышения температуры.

Контроль повышения температуры незрелого бетона

  • Уменьшение повышения температуры в процессе гидратации за счет более высокого содержания цемента. Заменяющий материал, такой как летучая зола, может использоваться для контроля содержания цемента в качестве средства для понижения температуры.
  • Тщательно выбирайте градацию агрегата. Использование крупногабаритных заполнителей на основе бетонной смеси могло бы стать причиной снижения повышения температуры бетона.
  • Залить бетон в несколько заливок, а не сразу.
  • Эффективное отверждение бетона. Можно сослаться на статью методы твердения бетона .
  • Используйте трубы, встроенные в бетон, для поглощения тепла, выделяемого в процессе гидратации.
  • Обеспечьте изоляцию для контроля температурного градиента.
  • Используйте низкотемпературный цемент. Следует избегать быстрого затвердевания цемента, чтобы снизить тепловыделение из-за высокой скорости гидратации.
  • Использование добавок. Замедлители схватывания могут замедлить процесс гидратации, и в результате выделение тепла не может быть внезапным.
  • Бетонировать ночью.

  • Защищайте бетон от прямых солнечных лучей.
  • Замешивание и укладку бетона можно производить как можно раньше. Чем больше времени затрачивается на транспортировку, тем больше выделяется тепло за счет трения.

Влияние повышенной температуры на механические свойства известняка, кварцита и гранитного бетона | Международный журнал бетонных конструкций и материалов

Влияние высокой температуры на сопротивление разложению заполнителей

Устойчивость трех заполнителей к разрушению при повышенных температурах показана на рис.4. Перед термообработкой гранит и известняк демонстрировали самые низкие и самые высокие потери на истирание и удары, что указывает на то, что эти два агрегата имеют наивысшую и самую низкую прочность, соответственно. Это может быть связано с различием минерального состава и формы агрегатов. Известняк и кварцит в основном состояли из кальцита и кварца соответственно. Основными составляющими гранита были кварц и полевой шпат. Кварц с твердостью 7,0 тверже и прочнее кальцита при комнатной температуре.Однако, как показано на рис. 4, агрегат кварцита, который содержал самую высокую фракцию кварца с очевидной угловатой формой, дал промежуточное значение прочности. Считается, что это основная причина разницы в прочности бетонов на сжатие. При повышенной температуре постепенно образовывались трещины, и плотность трещин, длина внутрикристаллических трещин и ширина трещин агрегатов увеличивались. В результате модуль упругости и прочность значительно снизились. Известняк и гранит показали самые высокие и самые низкие потери на истирание, соответственно, при повышенных температурах.Основное отличие возникает при температуре выше 300 ° C: потери известняка при истирании увеличиваются на 44,2%, однако небольшое увеличение (17,8%) наблюдалось в граните. Как сообщает Zhang et al. (2015), 300 ° C — это пороговая температура повреждения для известняка, а в диапазоне от 300 до 600 ° C значительные повреждения возникают из-за образования внутренних дефектов, таких как микропоры, трещины и транскристаллические трещины. Это согласуется с наблюдениями Chen et al. (2009), что микротрещины появляются при нагревании известняка до 300 ° C, а минеральные частицы растрескиваются и появляются четкие трещины при нагревании до 500 ° C.Соответственно, на основании представленных здесь результатов и литературных данных можно предположить, что известняковый бетон после термообработки будет иметь более низкую прочность, чем кварцитовый и гранитный бетон. Позже в этой статье будет показано, что прочность бетонов, подверженных повышенным температурам, соответствует этим наблюдениям.

Рис. 4

Устойчивость к разрушению агрегатов, подверженных воздействию высоких температур.

Температурная зависимость механических свойств бетона

Воздействие высоких температур на образцы снизило прочность бетона на сжатие при 650 ° C до 6.77 МПа, 10,00 и 19,08 МПа соответственно для известняка, кварцита и гранитобетона. Значения прочности на сжатие при различных температурах показаны на рис. 5а. Значения процентов потерь по отношению к исходной прочности бетонов показаны на рис. 5b. В абсолютном выражении гранитный бетон имел более высокую прочность на сжатие при комнатной температуре и сохранял более высокую прочность при повышении температуры по сравнению с кварцитовым и известняковым бетоном. Как показано на рис. 5b, гранитный бетон показал значительно меньшую относительную (по сравнению с исходной) скорость снижения прочности, чем кварцитовый и известняковый бетон, которые показали аналогичные значения процентных потерь по отношению к их исходной прочности при повышении температуры.Частично это может быть связано с низкотемпературной зависимостью прочности гранита, представленной на рис. 4. Как видно на рис. 5а, полином первого порядка хорошо соответствует кривой зависимости прочности на сжатие от температуры в линейном масштабе. Было получено, что прочность на сжатие известняка, кварцита и гранитного заполнителя снижается примерно на 2,16, 2,94 и 2,65 МПа, соответственно, на каждые 100 ° C повышения температуры, что оказалось сопоставимым.

Фиг.5

a Прочность бетонов на сжатие при различных температурах, b изменение прочности на сжатие с температурой.

При 25 ° C известняковый бетон обеспечил предел прочности на разрыв 2,47 МПа, в то время как для кварцитового и гранитного бетонов этот же показатель составил 3,14 и 3,99 МПа (на 27 и 62% выше), соответственно. Предел прочности известнякового, кварцитового и гранитного бетонов при 650 ° C составил 0,60, 0,95 и 1,77 МПа соответственно. Прочность на разрыв при различных температурах показана на рис. 6а, а значения потерь в процентах показаны на рис. 6b. Подгонка линии указывает на то, что прочность на разрыв известняка, кварцита и гранитобетона снижается на 0.29, 0,34 и 0,36 МПа соответственно на каждые 100 ° C повышения температуры. Эти результаты показывают, что известняковый бетон несколько лучше сохраняет свою абсолютную прочность при изменении температуры по сравнению с кварцитом и гранитным бетоном, которые показали очень похожие результаты. Однако из рис. 6b, аналогичная тенденция, как прочность на сжатие, наблюдалась в скорости относительной потери прочности при повышении температуры. Это еще раз указывает на то, что, учитывая его более высокую исходную прочность и низкую температурную чувствительность гранита, гранитный бетон дает более низкую скорость разрушения относительной прочности, чем известняковый и кварцитобетон, при повышении температуры.

Фиг.6

a Предел прочности при растяжении бетонов при различных температурах, b Изменение предела прочности при растяжении с температурой.

Отклики «напряжение-деформация» были записаны для всех образцов во время испытаний на сжатие. Результаты показаны на рис. 7, 8 и 9 для известняка, кварцита и гранитобетона соответственно. Предел прочности при сжатии (принимаемый как значение, соответствующее максимальному напряжению) наблюдалось, чтобы быть разным для разных бетонов и зависеть от температуры.Для того же бетона повышение температуры привело к увеличению предельных значений деформации (следовательно, пластичности материала). Значения предельной деформации для всех смесей при различных температурах показаны на рис. 10а, а значения увеличения в процентах показаны на рис. 10b. Как видно на рис. 10а, у кварцитбетона самая высокая предельная деформация сжатия превысила 200 ° C, за ним следуют известняк и гранитный бетон. При температурах ниже 200 ° C известняковый бетон показал самую высокую предельную деформацию сжатия, за ним следовали кварцит и гранитный бетон.Опять же, было обнаружено, что линейная зависимость хорошо отражает изменение предельной деформации сжатия с температурой. Известняковый бетон показал наименьшее изменение предельной деформации сжатия при повышении температуры, в то время как кварцитовый и гранитный бетон показали аналогичное поведение.

Рис. 7

Кривые напряжения-деформации для известнякового бетона при различных температурах.

Рис. 8

Кривые растяжения кварцитбетона при различных температурах.

Рис. 9

Кривые напряжения-деформации для гранитобетона при различных температурах.

Фиг.10

a Предельная деформация сжатия бетона при различных температурах, b Изменение предельной деформации сжатия в зависимости от температуры.

Хордовый модуль упругости бетона при сжатии был рассчитан в соответствии с ASTM C-469 (2014).При 25 ° C известняковый бетон обеспечил модуль упругости 23,0 ГПа, а для кварцитового и гранитного бетонов — 31,2 и 38,2 ГПа (на 36 и 66% выше) соответственно. Модули упругости при различных температурах показаны на рис. 11a, а изменение в процентах представлено на рис. 11b. Гранитный бетон имел самый высокий модуль упругости при всех температурах, за ним следуют кварцитовый и известняковый бетон. Линейная аппроксимация данных показала, что модуль упругости известняка, кварцита и гранитобетона снизился 2.41, 3,26 и 2,86 ГПа соответственно на каждые 100 ° C повышения температуры. Информация на рис. 11b показывает, что можно сделать те же наблюдения, что и для прочности на сжатие и растяжение, то есть скорость уменьшения относительного модуля гранитобетона ниже, чем у известнякового и кварцитобетона.

Фиг.11

a Модуль упругости бетонов при различных температурах, b Изменение модуля упругости с температурой.

Термическое расширение

Учитывая, что бетон представляет собой неоднородную композиционную смесь, разрушение бетона при повышенной температуре состоит из сложных взаимодействий между физическими и механическими процессами, такими как дегидратация и разложение цементного теста, разрушение заполнителей и повреждение матрицы из-за к различиям в поведении различных компонентов при тепловом расширении. В этом исследовании можно предположить, что дегидратация цементного теста одинакова для всех бетонов, в результате различия в их температурных зависимостях были вызваны деградацией заполнителей и растрескиванием, вызванным термическими напряжениями, вызванными неравномерностью теплового расширения. поведение цементного теста и заполнителей.

Термическое расширение представляет собой изменение объема материала из-за изменения температуры, и это важно, поскольку оно может привести к тепловым напряжениям и деформации конструкции, которые могут привести к растрескиванию и растрескиванию бетона (Naus 2010). Поведение бетона при тепловом расширении и сжатии зависит в первую очередь от типа заполнителя, содержания вяжущего материала, соотношения воды и газа, диапазона температур, возраста бетона и относительной влажности окружающей среды, и было обнаружено, что из этих факторов тип заполнителя оказывает наибольшее влияние на расширение. и сжатие бетона (Yao and Zheng 2007).Было обнаружено, что содержание влаги, соотношение в / ц и тип цемента влияют на тепловое расширение только при относительно низких температурах, то есть T <200 ° C (Naus 2010). При постоянном количестве воды коэффициент теплового расширения бетона уменьшается с уменьшением содержания цемента (Yao and Zheng 2007). Кроме того, в диапазоне температур от 100 до 1000 ° C коэффициент теплового расширения уменьшается с увеличением пористости заполнителей, поэтому у бетонов с легким (пористым) заполнителем наблюдается меньшее расширение, чем у бетонов, содержащих заполнители нормальной массы. (Уйгуноглу и Топчу 2012).Следует отметить, что при температурах ниже 150 ° C при повышении температуры происходит объемное расширение цементного теста. Когда температура превышает 150 ° C, портландцементная паста начинает сжиматься с повышением температуры (Cruz and Gillen 1980; Naus 2010), что связано с дегидратацией продуктов гидратации цемента, таких как гидроксид кальция и гели C – S – H.

Среди трех рассматриваемых здесь заполнителей кварцит демонстрирует самый высокий коэффициент линейного теплового расширения, поэтому кварцитовый бетон потенциально дает более высокое объемное расширение, чем известняковый и гранитный бетон.Это может быть связано с высоким содержанием кремнезема (кварца) в кварците. Наус (2010) показал, что наибольшее расширение всегда происходит для агрегатов с наибольшим процентным содержанием кремнезема по весу. В присутствии анортита, который имеет даже меньшее тепловое расширение, чем кальцит, гранит показывает более низкий коэффициент теплового расширения, чем кварцит. Из-за низкой температурной чувствительности к изменению объема кальцит, известняк и бетон из известняка потенциально показали самое низкое тепловое расширение среди трех заполнителей и бетонов, соответственно.Однако следует отметить, что, в отличие от чистого объемного расширения кварцита и гранита, растрескивание минеральных частиц и образование трещин в известняке являются наиболее важными факторами теплового расширения известняка (Chen et al. 2009). Более того, в этих агрегатах можно наблюдать анизотропное расширение при повышенной температуре (Чен и др., 2009; Плевова и др., 2016). Из-за термической усадки цементного теста и значительного теплового расширения заполнителей проявляется чистое расширение бетона и возникают внутренние термические напряжения.Когда эти напряжения становятся больше, чем предел прочности портландцемента на растяжение или совокупная прочность, возникает микротрещина. При высокой температуре прочность цементных паст снижается из-за обезвоживания и разложения. Это, в свою очередь, снижает порог напряжения для образования и распространения трещин. Эти трещины образуют новые поверхности, которые напрямую подвергаются воздействию высоких температур, следовательно, температурный градиент может значительно измениться, а растрескивание может ускориться (Pancar and Akpinar, 2016).

Фазовое превращение

Помимо обезвоживания цементного теста, тепловое расширение и растрескивание, кристаллическое превращение и разложение минералов заполнителей считаются важными причинами разрушения бетона при повышенных температурах. Как показано на рис. 12, агрегат известняка, использованный в этом исследовании, состоит в основном из карбоната кальция (CaCO 3 ) в форме минерального кальцита и небольшого количества кварца. С повышением температуры интенсивность кварца сначала увеличивалась, а затем уменьшалась.Это связано с частичным разложением кальцита и фазовым переходом кварца. При атмосферном давлении разложение кальцита не начинается, пока температура не превысит 850 ° C. Фактически, преобразование начинается при температуре около 600 ° C и заканчивается при 850 ° C с потерей 44 мас.%, Что соответствует стехиометрическому количеству CO 2 в CaCO 3 (Родригес-Наварро и др. 2009 г.) ). Следует отметить, что разложение известняка происходит в том же диапазоне температур, что и термическое разложение C – S – H.Это частичное термическое разложение кальцита в сочетании с внутренними дефектами (например, трещинами и трещинами), образовавшимися при повышенных температурах, привело к значительным изменениям механических свойств агрегатов (как показано на рис. 4). Следовательно, хотя известняк имеет самое низкое тепловое расширение, известняковый бетон показал самую низкую прочность при всех температурах испытаний и самую высокую относительную скорость снижения прочности.

Рис.12

Рентгенограмма минеральных компонентов в известняке a , кварците b и агрегатах гранита c ( Примечания : Cc кальцит, Q кварц, Z цеолит, ITQ прокаленный ITQ-4 (Si 24 O 48 ), ZSM ZSM-23 (Si 24 O 48 ), Ab альбит, An анортит, Ag авгит).

Как показано на рис. 12, агрегаты кварцита в основном состояли из кварца. Также были обнаружены пики цеолита и ZSM-23 (Si 24 O 48 ). В диапазоне от 25 до 315 ° C влияние температуры на фазовый состав кварцита было слабым: регистрировалось только изменение степени пиков кварца и исчезновение ZSM-23. Степень кристалличности увеличилась на 2,4%. При повышении температуры до 650 ° C кварцевая фаза существенно трансформируется.Интенсивность фазы цеолита уменьшилась, и наблюдались два новых пика для прокаленных ITQ-4 и C 22 H 20 C l2 N 4 O 8 . При нормальном давлении тригональный кварц (также называемый α-кварцем или низким кварцем) превращается в гексагональный β-кварц (высокий кварц) при 573 ° C, а при дальнейшем нагревании SiO 2 превращается в гексагональный β-тридимит при 870 ° C. а позже до кубического β-кристобалита при 1470 ° C (Венк, Булах, 2004; Ахаван, 2005). В температурном диапазоне данного исследования произошел только первый фазовый переход.Плотность α-кварца и гексагонального β-кварца составляет 2,65 и 2,53 г / см 3 соответственно (Ахаван 2005). В результате наблюдалось небольшое прерывистое тепловое расширение, вызванное фазовым переходом. Поскольку этот процесс обратим только при очень медленном изменении температуры, считается, что после охлаждения остался гексагональный β-кварц. Кроме того, следует отметить, что широкий пик дисперсии был обнаружен между 6,5 ° и 13 ° (2θ) для образца кварцита после 650 ° C (рис. 12). Это свидетельствует об образовании аморфных фаз в агрегате кварцита при высокой температуре.В результате степень кристалличности кварцитового агрегата снизилась примерно на 78%.

Основными составляющими гранитных агрегатов в данном исследовании, как показано на рис.12, были кварц и два полевых шпата плагиоклаза: альбит (NaAlSi 3 O 8 ) и анортит (CaAl 2 Si 2 O 8 ). Август и цеолит также были обнаружены на рентгенограмме как второстепенные фазы. При повышении температуры наблюдался такой же фазовый переход кварца, что и в агрегате кварцита.Учитывая короткое время термообработки, в полевых шпатах не было обнаружено значительного разупорядочения или фазового превращения в диапазоне температур испытаний, указанном в данном исследовании. Было обнаружено, что это хорошо согласуется с предыдущими наблюдениями, показывающими, что низкий и высокий альбиты стабильны ниже 650 и 725 ° C, соответственно, при низком давлении (скорость разупорядочения низкого альбита при сухом нагреве при атмосферном давлении составляет порядка 150 ° C). –200 дней при 950 ° C) (Brown 1989). Фаза анортита также стабильна при низком давлении, и даже при высокой температуре реакция разложения анортита полевого шпата затруднена из-за низкой скорости реакции при температурах ниже 1200 ° C (Goldsmith 1980).Учитывая низкую долю кварцевой фазы, гранит был более устойчивым, чем кварцит при повышенных температурах, и это хорошо согласуется с температурной зависимостью сопротивления абразивному истиранию агрегатов, показанной на рис. 4.

Согласно результатам испытаний и анализу, приведенным выше, он Можно сделать вывод, что разрушение этих бетонов происходило по разному механизму. Среди трех агрегатов наиболее серьезная деградация наблюдалась в известняке, в основном связанном с образованием внутренних трещин и трещин минеральных частиц, а также с частичным разложением кальцита при более высоких температурах.В результате наибольшее снижение относительной прочности было получено у известнякового бетона при всех температурах испытаний, хотя этот заполнитель имел наименьшее тепловое расширение среди трех групп. В отличие от известняка, значительное тепловое расширение кварцевой фазы и ее фазовый переход при температуре выше 573 ° C были идентифицированы как основные причины снижения прочности кварцитобетона. Учитывая низкую долю кварца (что указывает на низкое тепловое расширение и низкое влияние фазового превращения) и высокую стабильность двух полевых шпатов плагиоклаза (альбита и анортита), гранитный бетон показал самую низкую температурную зависимость механических свойств среди трех групп.

Влияние высоких температур на микроструктуру цементной пасты

Abstract : Микроструктурные и композиционные изменения в цементной пасте, подвергнутой воздействию высоких температур, контролировались методами XRD, FTIR, TGA / DTA и SEM, чтобы понять природу разложения геля CSH и связанные с ним физико-механические свойства термически поврежденного цементного теста. Пасту OPC (соотношение в / ц 0,27) гидратировали в течение 28 дней, затем обжигали до 750 ° C в течение 2 часов (скорость нагрева 10 ° C / мин).Относительный массовый процент гидратов кальция и портландита оценивался расчетами, полученными на основе результатов ТГА. При температуре выше 450 ° C процентное содержание портландита резко уменьшается, и C-S-H постепенно разлагается на C2S и C3S, пока полная потеря содержания гидратов кальция не происходит при 750 ° C. Происходит увеличение общей пористости, резкая потеря механической прочности и распространение вредных трещин. Термический шок в результате охлаждения нагретого цементного теста и регидратации извести усиливает распространение опасных трещин.

1. Введение

Воздействие высоких температур на бетон вызывает серьезные изменения микроструктуры, и бетон теряет прочность и долговечность [1]. Бетон теряет примерно половину своей прочности при температуре 600 ° C и теряет большую часть своей прочности на сжатие при температуре выше 800 ° C [2]. Литературу, посвященную влиянию высоких температур на свойства бетона, можно разделить на две категории. Первая категория исследует степень ухудшения механических свойств бетона, подвергшегося воздействию высоких температур, и оценивает бетон, поврежденный огнем, с использованием неразрушающих инструментов, таких как методы ультразвуковой и резонансной вибрации [3] [4].Влияние высоких температур на механические свойства бетона зависит от физико-химических свойств компонентов бетона [5] [6], температуры воздействия [7], размера бетонной конструкции [8], внешних приложенных нагрузок [9]. и условия охлаждения [10]. Вторая категория исследует микроструктурные изменения, вызванные воздействием высоких температур в бетоне.

Износ бетона под воздействием высоких температур относится к:

1) Тепловое рассогласование из-за расширения кремнистого заполнителя и усадки матрицы цементного теста [11],

2) Разложение гидратов из-за разложения портландита и C-S-H [12],

3) Укрупнение структуры пор из-за образования пустот в результате потери связанной воды [13],

4) Эффекты порового давления из-за повышения давления пара внутри закрытых пор [14] и,

5) Растрескивание, возникающее в результате регидратации извести [15].

В литературе следующие исследования были выполнены на цементном тесте после воздействия высоких температур.

1) Оценка структурных свойств цементного теста, таких как жесткость цементного теста по абсорбционной способности [11], структура пор с помощью электронной микроскопии с обратным рассеянием / ртутной порометрии / методов газопроницаемости [15] и плотности трещин с помощью цифрового микроскопа [16] ].

2) Оценка микроструктурных изменений методами XRD, DSC / TGA / DTG / DTA и SEM / EDX [17] — [22].

3) Контроль фазовых превращений инструментальными методами [12] [23] [24].

4) Оценка вяжущих фаз [13] [25] [26] [27].

5) Оценка механизмов и кинетики дегидратации для разложения портландита и C-S-H [28].

Основные изменения, происходящие в цементном тесте из-за воздействия высоких температур, включают разложение портландита и гидратов силиката кальция [23]. В литературе есть противоречие о природе и типах продуктов разложения геля C-S-H, который разлагается в широком диапазоне температур (примерно от 105 C до 1000 C [29]) в результате своей аморфной природы.Чжан и Е рассчитали энергию активации (Ea) дегидратации C-S-H и портландита по уравнению Аррениуса по результатам TGA / DTG. Eaportlandite составляет около 151,82 кДж / моль, тогда как Ea C -S-H варьируется от 83,69 до 371,93 кДж / моль. Соответственно, дегидратация портландита является одностадийной реакцией, тогда как дегидратация C-S-H является многостадийной реакцией из-за его сложной структуры [28].

Многие исследователи изучали обезвоживание геля C-S-H в цементном тесте при воздействии высоких температур.Согласно Алонсо и Фернандес, гель CSH дегидратируется при температуре выше 200 ° C до несиликатной фазы с CaO / SiO 2 ≈ 2, ассимилированным со структурой C 2 S, но с менее кристаллической структурой, и дегидратация завершается при 750 ° C. [12]. Согласно Степковской, гель C-S-H дегидратируется в диапазоне температур 110–450 ° C и превращается в C 2 S и C 3 S выше 600 ° C [23]. Согласно Хейкалу, гель C-S-H дегидратируется в диапазоне температур 100–400 ° C и превращается в C 2 S и C 3 S при 800 ° C [24].По словам Пенга, гель C-S-H начал разлагаться при 560 ° C и превращался в C 2 S и C 3 S при 800 ° C [13].

Согласно Ghosh et al., Регидратация дегидратированных фаз, которая имеет место в обожженных цементных пастах после охлаждения влажным воздухом, что вместе с изменениями объема и массы может привести к дополнительному увеличению пористости цементного теста и усиливает образование дополнительных трещин [30]. Многие исследователи сообщили, что существует множество факторов, которые контролируют степень разрушения, вызванного регидратацией CaO, такие как скорость водопоглощения [31] и исходная минералогия портландцемента, (т.е. в первую очередь количество глиноземных фаз [32]). Оценка регидратации портландита может использоваться в качестве индикаторов для определения истории нагрева бетона, подверженного воздействию высоких температур [25]. Многие исследователи исследовали влияние высоких температур и регидратации на механические свойства смешанных цементных паст. Согласно Vysvaril et al., Цементное тесто с добавлением гранулированного доменного шлака имеет лучшее сопротивление высоким температурам; однако цементная паста из известняка показывает лучшие механические свойства после процесса регидратации [33].Напротив, процесс регидратации способствует преобразованию геля C-S-H из несиликатной фазы, а также перекристаллизации фаз кальцита, портландита и эттрингита [12]. С другой стороны, сообщалось, что регидратация безводных фаз сопровождается частичным восстановлением механических свойств подвергшейся воздействию огня бетонной конструкции [34] и [35]. Процесс регидратации демонстрирует цементирующее поведение, подобное поведению силикатов кальция, присутствующих в портландцементе, развивая прочность и, таким образом, потенциально позволяя производить строительные материалы.Согласно Shui et al., Добавление летучей золы и портландцемента к предварительно нагретому вторичному бетону может значительно повысить его регидратированную прочность [36]. Серпелл и Лопес разработали реактивированные вяжущие материалы на основе переработки отходов гидратированного цементного теста в качестве альтернативных вяжущих, имеющих высокую экологическую ценность [37].

Целью данной публикации является мониторинг микроструктуры и фазовых изменений цементного теста, подвергнутого воздействию высоких температур до 750 ° C, с помощью методов XRD, FTIR, TGA / DTA и SEM, а также корреляция фазовых изменений с физико-механическими свойствами термически поврежденная цементная паста.Что отличает эту работу от других, так это то, что было оценено приблизительное процентное содержание остаточных гидратов кальция (C-S-H, эттрингит и гидраты алюмината кальция) в цементных пастах, обожженных при данной температуре, по сравнению с необожженными цементными пастами.

2. Материалы и методы эксперимента

Цементная паста была приготовлена ​​из OPC [CEM I 42,5] с соотношением вода / цемент, равным 0,27. Цементную пасту заливали в кубические формы из нержавеющей стали 2 см 3 при относительной влажности около 100% в течение 24 часов.Цементная паста выдерживалась в течение 28 дней под водой для усиления гидратации цементной пасты перед тем, как подвергнуться огневому эксперименту. Прочность на сжатие цементных паст измеряли с помощью ручного прибора для определения прочности на сжатие в соответствии с обозначением ASTM [38].

Потеря прочности на сжатие (L) рассчитывалась согласно [39]:

L знак равно ( л — S ж / S ) × 100

, где S f — прочность на сжатие после воздействия высокой температуры, а S — прочность на сжатие до воздействия высокой температуры.

Прекращение гидратации цементного теста производилось с помощью бытовой микроволновой печи [40]. Насыпную плотность необожженных цементных паст измеряли по принципу Архимеда [41]. Насыпную плотность определяли как вес цементного теста, деленный на его объем. Объем цементного теста рассчитывается из разницы в весе цемента в воздухе и взвешенного в воде. Каждое измерение проводилось на трех одинаковых образцах за одно и то же время испытаний.Общая пористость необожженных цементных паст была измерена, как описано в [42]. Общая пористость была рассчитана на основе значений объемной плотности, а также содержания свободной и общей воды в цементном тесте. Цементные пасты сушили при 105˚C в течение 24 часов и обжигали при 300˚C, 450˚C, 600˚C и 750˚C в течение 2 часов в муфельной печи со скоростью нагрева 10˚C / мин. Кривая нагрева показана на рис. 1. Требуемая температура поддерживалась в течение 2 часов. По окончании периода нагрева образцы вынимали из печи и охлаждали до комнатной температуры в эксикаторе.Потеря веса обожженных цементных паст измерялась как процент потери веса в расчете на массу после обжига. Объемная плотность и общая пористость обожженных цементных паст были измерены в соответствии с ISO 5018-1983 [43]. XRF-анализ выполняли на рентгенофлуоресцентном спектрометре Philips PW 1606. Рентгеноструктурный анализ выполняли на рентгеновском дифрактометре Philips PW 1370 с CuKα-излучением, отфильтрованным Ni (1,5406 Å). Полуколичественное определение фазы оценивали путем измерения площадей репрезентативных пиков с использованием программного обеспечения X’Pert HighScore Plus и базы данных JCPDS-ICDD.Стандартное отклонение составляло ± 5%. Анализ FTIR выполняли на спектрометре Perkin Elmer FTIR System Spectrum X в диапазоне 400-4000 см -1 . СЭМ-анализ проводили на аппарате Jeol-Dsm 5400 LG. ТГА / DrTGA / ДТА проводили на термоанализаторе Shimadzu Corporation с детектором DTG-60H со скоростью нагрева 10 ° C / мин от комнатной температуры до 1000 ° C на воздухе

Рисунок 1. Муфельная печь и профиль нагрева.

атмосферы при скорости потока 40 мл / мин, время выдержки при соответствующей температуре равно нулю.

Процентное содержание портландита (P) в необожженных и обожженных цементных пастах было рассчитано для следующей реакции (Ca (OH) 2 → CaO + H 2 O) как [44]:

п знак равно ж ⋅ Δ ш т

где; F — мольное отношение Ca (OH) 2 / H 2 O, равное 4,11, и Δwt — потеря массы на кривой ТГА из-за дегидратации портландита.

Невозможно рассчитать процентное содержание гидратов кальция (C-S-H, эттрингит и гидраты алюмината кальция) указанным выше методом, поскольку гидраты кальция имеют неизвестную структуру и способны включать ионы-гостя [45].В качестве альтернативы предполагалось, что относительные пропорции разновидностей гидрата кальция (C-S-H, эттрингит и алюминат кальция и алюмосиликатные гидраты) одинаковы для конкретного цементного теста при тех же условиях. Следовательно, скорость обезвоживания гидратов кальция в обожженных цементных пастах будет постоянной. Соответственно, приблизительный процент остаточных гидратов кальция в цементных пастах, обожженных при данной температуре, по сравнению с процентным содержанием в необожженных цементных пастах можно оценить следующим образом:

Относительное процентное содержание гидратов кальция (r) = (Δwtf / Δwt) × 100

Процент разложения гидратов кальция = r — 100

, где: Δwt — потеря массы на кривой ТГА, соответствующая дегидратации гидратов кальция для необожженного цементного теста, а Δwtf — потеря массы, соответствующая обезвоживанию гидратов кальция для цементного теста, обожженного при данной температуре.

3. Результаты и обсуждение

На рис. 2 показана потеря веса цементных паст, обожженных при 300–750 ° C. Похудание увеличивается с повышением температуры. Потеря веса, происходящая при 300 ° C, может быть связана с испарением капиллярной воды из макрокапиллярных пор, испарением гелевой воды из гелевых пор цементного теста и частичной дегидратацией C-S-H [46]. Потеря веса, происходящая при 450˚C, может быть связана с обезвоживанием портландита, что подтверждается результатами ДТА (рис. 3).Потеря веса, которая происходит при 600˚C — 750˚C, происходит из-за дегидратации остаточного портландита и C-S-H, а также разложения кальцита [21].

На рис. 4 показаны объемная плотность и общая пористость необожженного цементного теста, обожженного при 300–750 ° C. Объемная плотность резко уменьшается при 300 ° C, а затем очень медленно уменьшается при более высоких температурах. Общая пористость уменьшается при 300 ° C, а затем увеличивается при более высоких температурах. При повышении температуры до 300 ° C пар, образующийся в результате испарения капиллярной воды и дегидратации гидратов кальция, накапливается, а общая пористость уменьшается.Следовательно, внутри цементного теста с низкой проницаемостью создается внутреннее давление пара. В этих гидротермальных условиях давление пара способствует гидратации негидратированных фаз цемента и образованию дополнительных продуктов гидратации, а также заполняет некоторые открытые поры цементного теста [12]. Уменьшение массы

Рис. 2. Потеря массы цементных паст, обожженных при 300–750 ° C.

Рис. 3. Термограммы ДТА цементных паст, обожженных при 300˚C — 750˚C.

Рис. 4. Насыпная плотность и общая пористость цементных паст, обожженных при 300–750 ° C.

Плотность

позволяет предположить, что продукты гидратации, образовавшиеся в этих гидротермальных условиях, имеют низкую плотность по сравнению с продуктами гидратации, образовавшимися при температурах окружающей среды. При повышении температуры выше 300 ° C разложение C-S-H и портландита открывает систему пор цементного теста и увеличивает общую пористость [47].

На рис. 5 показана потеря прочности цементного теста, обожженного при 300–750 ° C.Потеря прочности на сжатие может считаться важной мерой

.

Рис. 5. Потеря прочности цементных паст, обожженных при 300˚C — 750˚C.

степень повреждения бетона, подверженного воздействию высоких температур. Упрочнение необожженного цементного теста является результатом сосуществования аморфного и кристаллического C-S-H, который связывает частицы в связную массу [48]. С повышением температуры наблюдалась незначительная и ограниченная потеря прочности при 300 и 450 ° C, затем потеря прочности заметно возрастала при более высоких температурах.Это указывает на то, что за пределами критической температуры 450 ° C разложение C-S-H заметно прогрессирует [13].

На рис. 6 показаны ИК-Фурье-спектры цементного теста, обожженного при 300–750 ° С. В случае OPC широкая полоса около 923-930 см -1 , которая приписывается ν 3 (Si-O) асимметричным валентным колебаниям алита, была смещена в сторону более высоких волновых чисел (около 978 см — 1 ) по мере развития гидратации цемента. В случае необожженного образца цемента образование геля CSH сопровождалось постепенным ослаблением полосы поглощения ν 4 (O-Si-O) при 520 см -1 , которая приписывается как негидратированному алиту, так и белите.Полосы при 1144 и 1107 см −1 , которые приписываются ν 3 асимметричным валентным колебаниям сульфатной группы ( ТАК 4 2 — ) в гипсе были заменены новой полосой около 1115 см −1 , которая приписывает ν 3 колебаниям ТАК 4 2 — в эттрингите [49]. В случае обожженных цементных паст результаты ИК-Фурье-спектрометрии можно использовать для отслеживания фазовых изменений из-за воздействия высоких температур.Таблица 1 суммирует относительную интенсивность характеристических полос поглощения, приведенных на рисунке 6. C-S-H постепенно уменьшается из-за его разложения при температуре выше 450 ° C. Это согласуется с результатами потери силы. C 3 S и C 2 S увеличиваются с повышением температуры в результате разложения C-S-H. Портландит уменьшается из-за его обезвоживания около 450˚C. Следы портландита были обнаружены при 600–750 ° C из-за регидратации извести [12]. Кальцит разлагается при 750 ° C.

На рис. 7 показаны термограммы ТГА цементного теста, обожженного при 300–750 ° C. Первая потеря веса в интервале температур 25–320 ° C связана с дегидратацией гидратов C-S-H, эттрингита и алюмината кальция [54]. Температура, при которой эти соединения теряют воду, зависит от соотношения CaO / SiO 2 в гидратированной цементной матрице [26]. Вторая и третья потеря массы в диапазоне температур 350–550 ° C и 650–800 ° C связаны с дегидратацией портландита и декарбонизацией кальцита соответственно [55].Во всех гидратированных образцах было обнаружено значительное количество кальцита, что связано с известняковым наполнителем, обычно добавляемым в OPC [56]. Родственник

Рис. 6. FTIR-спектры цементных паст, обожженных при 300–750 ° C. (где: A алит, B белит, C кальцит, E эттрингит, G гипс, P портландит, W вода), (vs очень сильный, s сильный, m средний, w слабый, — не обнаружено).

Рис. 7. Термограммы ТГА цементных паст, обожженных при 300˚C — 750˚C.

процентного содержания остаточного портландита и гидратов кальция в цементных пастах, обожженных при 300˚C — 750˚C, приведены в таблице 2.Эти результаты дают важную картину о разложении аморфных гидратов силиката кальция, которое не может быть обнаружено с помощью рентгеноструктурного анализа.

Процентное содержание портландита, которое было оценено для необожженного цементного теста (28,49%), почти совпадает с тем, что обычно указывается в литературе (то есть портландит занимает 20-25% гидратированного цементного теста) [57]. При повышении температуры до 300 ° C процентное содержание портландита немного увеличивается из-за гидратации зерен OPC, которая стимулируется в гидротермальных условиях.При температуре выше 300 ° C процентное содержание портландита немного уменьшается из-за дегидратации портландита до извести. В то время как выше 450˚C, процент

Таблица 1. Относительная интенсивность характеристических полос поглощения, представленных на рисунке 6.

Таблица 2. Относительное процентное содержание остаточных гидратов кальция и портландита в цементных пастах, обожженных при 300–750 ° C.

Портландит

резко уменьшается, но не падает до нуля в цементных пастах, обжигаемых при 600˚C — 750˚C из-за частичной регидратации извести.При повышении температуры до 450 ° C процентное содержание гидратов кальция снижалось до половины. Сильная и полная потеря содержания гидратов кальция происходит, когда цементное тесто подвергается воздействию 600 C и 750 C соответственно. Это подтверждает, что дегидратация гидратов кальция является многоступенчатой ​​реакцией из-за ее сложной структуры [28] и происходит в широком диапазоне температур (т.е. от 105˚C до 1000˚C) [22] и [29]. Согласно Дженнингсу, гель C-S-H состоит из множества небольших глобул с неупорядоченной слоистой структурой, следовательно, молекулы воды выделяются в широком диапазоне температур [58].

На рис. 3 показаны термограммы ДТА цементного теста, обожженного при 300–750 ° C. Результаты ДТА полезны для обоснования процесса дегидратации портландита. Эндотермический пик, расположенный примерно при 450˚C в случае необожженного цементного теста, который был обожжен при 300˚C — 450˚C, соответствует дегидратации первичного портландита, который образуется во время гидратации цемента в случае необожженного цементного теста. и оставшийся портландит, присутствующий в цементном тесте, обожжены до 450˚C.

Эндотермический пик портландита был смещен в более низкий температурный диапазон (около 410 ° C) в случае цементных паст, обожженных при 600 ° C — 750 ° C, что соответствует дегидратации вторичного портландита, который образуется в результате регидратации известь в случае цементных паст, обожженных выше 450˚C.Этот результат согласуется с предыдущими результатами, которые показывают, что портландит, образовавшийся во время регидратации обожженного цементного теста, имеет температуру начала дегидратации ниже, чем исходный портландит [25]. Среда и условия образования первичного и вторичного портландита весьма различны, соответственно, скорость их обезвоживания неодинакова. Вторичный портландит дегидратируется при более низких температурах, возможно, из-за критического состояния, в котором он образуется, что влияет на его площадь поверхности и размер частиц.Результаты экспериментов подтверждают, что на разложение гидратов влияет площадь поверхности и размер частиц [59].

На рис. 8 показаны рентгенограммы цементных паст, обожженных при 300–750 ° C. Преобладающими кристаллическими фазами, обнаруженными в OPC, являются: алит, белит и кальцит. Преобладающими кристаллическими фазами, обнаруженными в необожженном цементном тесте, являются кальцитовый наполнитель и портландит, образующиеся в процессе гидратации, а также небольшие доли негидратированного алита и белита.На рентгенограммах наблюдаются некоторые изменения фазового состава цементного теста с повышением температуры. Доля портландита уменьшается выше 450 ° C [60]. Значительная доля белита и алита появляется при 450 ° C и постепенно увеличивается при 600 и 750 ° C. Это доказывает, что разложение C-S-H достигает значительной скорости при 450 ° C и усиливается с повышением температуры [24]. Этот результат согласуется с результатами FTIR и DTA. Согласно Peng et al., Трудно различить пики C 2 S и C 3 S на диаграммах XRD цементных паст, подвергнутых воздействию высоких температур.Следовательно, пики C 2 S и C 3 S могут использоваться для

Рис. 8. Рентгенограммы цементных паст, обожженных при 300–750 ° C. (Алит, В белит, С кальцит и Р портландит).

представляют их обоих [13]. На рис. 9 представлены микрофотографии цементного теста, обожженного при температуре 300–750 ° C, полученные с помощью SEM. Результаты позволяют отслеживать изменение микроструктуры и фазового состава из-за гидратации OPC и обезвоживания цементного теста, обожженного при 300–750 ° C.На микрофотографии необожженного цемента видны зерна OPC, нагруженные гексагональными пластинами портландита [61] и аморфный C-S-H, образовавшийся во время гидратации OPC. Микроструктура цементного теста, обожженного при 300 ° С, существенно не изменилась. В то же время некоторые негидратированные зерна цемента и остатки гексагональных портландитовых пластин появляются в микроструктуре цементного теста, обожженного при 450 ° C. Микрофотография цементного теста, обожженного при 600 ° C, показывает наличие искаженных кубических кристаллов кальцита [62].Микрофотография цементного теста, обожженного при 750 ° C, может показать присутствие продуктов дегидратации. Соответственно, разложение C-S-H в значительной степени начинается при 450 ° C и прогрессирует с повышением температуры.

На рисунке 10 показано распространение трещин в цементном тесте, обожженном при температуре 300–750 ° C. На поверхности цементного теста, обожженного при 300 ° С, появились небольшие трещины (шириной около 0,1 мм). Трещины расширяются и углубляются с ростом

Рис. 9. СЭМ-микрофотографии цементных паст, обожженных при 300˚C — 750˚C.

Рис. 10. Распространение трещин в цементном тесте, обожженном при 300˚C — 750˚C.

температура. На поверхности цементного теста, обожженного при 450 ° С, появились тонкие мелкие линейные поверхностные трещины (шириной около 0,4 мм). На поверхности цементного теста, обожженного при 750 ° С, появились толстые сетчатые глубокие трещины (шириной около 0,8 мм). Трещины образуются в результате следующих факторов: 1) внутреннее поровое давление, вызванное водяным паром, который накопился после дегидратации гидратов кальция в случае относительно малопроницаемого цементного теста, сопровождающегося потерей механической прочности, 2) термический удар, возникающий в результате охлаждения нагретого цемента паста, 3) регидратация извести, сопровождающаяся значительным увеличением объема [63].

4. Выводы

Методы

FTIR, XRD, TGA / DTA и SEM использовались для мониторинга микроструктурных и композиционных изменений в цементном тесте, вызванных повышением температуры. Соответственно основные выводы таковы:

1) Микроструктура цементного теста, обожженного при 300 ° C, существенно не изменилась.

2) Незначительная и ограниченная потеря прочности наблюдалась до 450 ° C, связанная с дегидратацией гидратов C-S-H, эттрингита и алюмината кальция.

3) 450 ° C является критической температурой в истории термических повреждений цементного теста, около которой процентное содержание портландита уменьшается из-за его обезвоживания, а процентное содержание гидратов кальция снижается до его половинного значения.

4) При температуре выше 450 ° C процентное содержание портландита резко уменьшается, и разложение C-S-H на C 2 S и C 3 S заметно прогрессирует до тех пор, пока полная потеря содержания гидратов кальция не происходит при 750 ° C.

5) Эти вредные изменения в составе цементного теста сопровождаются увеличением общей пористости, серьезной потерей механической прочности и распространением опасных трещин.

6) Термический шок, возникающий в результате охлаждения нагретого цементного теста и регидратации извести, сопровождающийся значительным увеличением объема, усиливает распространение вредных трещин.

Ссылки

[1] Пун, С.С., Азхар, С., Ансон, М. и Вонг, Ю.Л. (2003) Характеристики бетона с метакаолином при повышенных температурах. Цементно-бетонные композиты, 25, 83.

[2] Хури, Г.А. (1992) Прочность бетона на сжатие при высоких температурах: переоценка.Журнал конкретных исследований, 44, 291.
https://doi.org/10.1680/macr.1992.44.161.291

[3] Jhang, K.Y. (2009) Нелинейные ультразвуковые методы неразрушающей оценки микроповреждений материала: обзор. International Journal of Precision Engineering Manufacturing, 10, 123.
https://doi.org/10.1007/s12541-009-0019-y

[4] Парк С.Дж., Йим Х.Дж. и Квак Х.Г. (2014) Метод нелинейной резонансной вибрации для оценки уровня повреждения бетона, подвергшегося тепловому воздействию.Журнал пожарной безопасности, 69, 36.

[5] Нетингер, И., Варевац, Д., Бьегович, Д., Морич, Д. (2013) Влияние высокой температуры на свойства стального шлакобетона. Журнал пожарной безопасности, 59, 1.

[6] Эззиан, М., Кадри, Т., Молез, Л., Жоберти, Р. и Белхацен, А. (2015) Поведение при высоких температурах строительных растворов, армированных полипропиленовыми волокнами. Журнал пожарной безопасности, 71, 324.

[7] Эргун А., Курклу Г., Басплнар, М. и Мансур, М. (2013) Влияние дозировки цемента на механические свойства бетона, подверженного воздействию высоких температур. Журнал пожарной безопасности, 55, 160.

[8] Редди, Д.В., Собхан, К., Лю, Л. и Янг-младший, Д.Д. (2015) Влияние размера на огнестойкость конструкционного бетона. Инженерные сооружения, 99, 468.

[9] Сяо, Дж., Ли, З., Се, К. и Шен, Л. (2016) Влияние скорости деформации на поведение при сжатии высокопрочного бетона после воздействия повышенных температур.Журнал пожарной безопасности, 83, 25.

[10] Контогеоргос, Д.А., Семителос, Г.К., Мандиларас, И.Д. и Фунти, M.A. (2016) Экспериментальное исследование огнестойкости многослойных систем гипсокартона, включающих панели с вакуумной изоляцией и материалы с фазовым переходом. Журнал пожарной безопасности, 81, 8.

[11] Wang, H.Y. (2008) Влияние повышенной температуры на цементную пасту, содержащую GGBFS. Цементно-бетонные композиты, 30, 992.

[12] Алонсо, К.и Фернандес, Л. (2004) Процессы обезвоживания и регидратации цементной пасты в условиях высоких температур, Материаловедение, 39, 3015. https://doi.org/10.1023/B:JMSC.0000025827.65956.18

[13] Пэн, Г.Ф. и Хуанг, З. (2008) Изменение микроструктуры затвердевшей цементной пасты при повышенных температурах. Строительство и строительные материалы, 22, 593.

[14] Ай, Х., Янг, Дж. Ф. и Шерер, Г. В. (2001) Кинетика теплового расширения: Метод измерения проницаемости цементных материалов: II, Применение к затвердевшим цементным пастам.Журнал Американского керамического общества, 84, 385.
https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2001.tb00666.x

[15] Лю, Х., Йе, Г., Де Шуттер, Г., Юань, Ю. и Таэрве, Л. (2008) О механизме полипропиленовых волокон в предотвращении растрескивания при пожаре в самоуплотняющихся и высокопроизводительных устройствах. Цементная паста. Исследование цемента и бетона, 38, 487.

[16] Сюй Ю., Вонг Ю.Л., Пун К.С. и Ансон М. (2003) Влияние PFA на растрескивание бетона и цементной пасты после воздействия высоких температур.Исследование цемента и бетона, 33, 2009.

[17] Хейкал М. (2000) Влияние температуры на физико-механические и минералогические свойства пуццолановых цементных паст Homra. Исследование цемента и бетона, 30, 1835.

[18] Морси М.М., Шебл С.С. и Рашад А.М. (2008) Влияние огня на микроструктуру и механические свойства цементных смесей, содержащих МК и СФ. АЗИАТСКИЙ Журнал гражданского строительства (Строительство и жилищное строительство), 9, 93.

[19] Рашад, А. и Зидан, С. (2012) Предварительное исследование смешанных паст цемента и кварцевого порошка под действием повышенной температуры. Строительные и строительные материалы, 29, 672.

[20] Эль-Дидамони, Х., Абд эль-Рахман, Э. и Осман, Р.М. (2012) Огнестойкость композитных цементных паст из обожженных кирпичей и зольной пыли. Керамикс Интернэшнл, 38, 201.

[21] Морси, М.С., Галал, А.Ф., Або-Э.И.-Энейн, С.А. (1998) Влияние температуры на фазовый состав и микроструктуру искусственных пуццолано-цементных паст, содержащих обожженную каолинитовую глину. Исследование цемента и бетона, 28, 1157.

[22] Тантави, М.А., Эль-Руди, А.М., Абдалла, Э.М. и Абдельзахер, М.А. (2013) Огнестойкость цементных паст, смешанных с золой сточных вод. Журнал инженерии.

[23] Степковска, Э.Т., Бланес, Дж. М., Франко, Ф., Реал, К. и Перес-Родригес, Дж. Л. (2004) Фазовое превращение при нагревании состаренной цементной пасты.Thermochimica Acta, 420, 79.

[24] Хейкал, М. (2006) Влияние температуры на структуру и прочностные свойства цементных паст, содержащих только золу-унос или в сочетании с известняком. Керамика Силикаты, 50, 167.

[25] Аларкон-Руис, Л., Платре, Г., Масье, Э. и Эрлахер, А. (2005) Использование термического анализа для оценки влияния температуры на цементную пасту. Исследование цемента и бетона, 35, 609.

[26] Украинчик, Н., Украинчик, М., Шипушич, Дж. И Матусинович, Т. (2006) Исследование разложения затвердевшей цементной пасты методом XRD и TGA. 11-я конференция по материалам, процессам, трению и износу, Вела Лука.

[27] Йе Г., Лю X., Де Шуттер Г., Таерв Л. и Вандевельде П. (2007) Фазовое распределение и изменения микроструктуры самоуплотняющейся цементной пасты при повышенной температуре. Исследование цемента и бетона, 37, 978.

[28] Чжан, К. и Е, Г.(2012) Кинетика дегидратации портландцементной пасты при высокой температуре. Журнал термического анализа и калориметрии, 110, 153.
https://doi.org/10.1007/s10973-012-2303-9

[29] Хури, Г.А., Майорана, С.Е., Песавенто, Ф. и Шрефлер, Б.А. (2002) Моделирование горячего бетона. Журнал исследований бетона, 54, 77.

[30] Рехси, С.С. (1993) Портлендский зольный цемент в минеральных добавках в цемент и бетон. Под редакцией Гоша С.Н., Саркар, С.Л., и Харш, С., ABI Books, Нью-Дели, 158.

[31] Мендес, А., Санджаян, Дж. Г., Гейтс, В.П. и Коллинз, Ф. (2012) Влияние водопоглощения и пористости на ухудшение состояния цементной пасты и бетона, подверженных повышенным температурам, как в случае пожара. Цементно-бетонные композиты, 34, 1067.

[32] Мааруфи, М.А., Лекомте, А., Дилиберто, К., Фрэнси, О. и Брун, П. (2015) Термогидравлическое поведение затвердевшей цементной пасты на основе алюминатного цемента.Европейское керамическое общество, 35, 1637.

[33] Высварил, М., Байер, П., Хрома, М., Ровнаникова, П. (2014) Физико-механические и микроструктурные свойства регидратированных цементных смесей. Строительные и строительные материалы, 54, 413.

[34] Лин В.М., Лин Т.Д. и Пауэрс-Куш Л.Дж. (1996) Микроструктуры бетона, поврежденного огнем. Материалы ACI, 93, 199.

[35] Пун, К.С., Азхар, С., Ансон, М.и Вонг, Ю. (2001) Восстановление прочности и долговечности бетона, поврежденного огнем, после отверждения после пожара. Исследование цемента и бетона, 30, 1307.

[36] Шуй, З., Сюань, Д., Ван, Х. и Цао, Б. (2008) Реакционная способность рециркулированного строительного раствора из бетонных отходов, подвергшихся термической обработке. Строительные и строительные материалы, 22, 1723.

[37] Серпелл, Р. и Лопес, М. (2013) Реактивированные цементные материалы из отходов гидратированной цементной пасты.Цементно-бетонные композиты, 39, 104.

[38] Обозначение ASTM (1983) C109-80, Стандартные методы испытаний гидравлических цементов на сжатие. Ежегодная книга стандартов ASTM.

[39] Кумар, С. и Камешвара Рао, C.V.S. (1995) Потеря прочности бетона из-за различного воздействия сульфатов. Цемент и бетон исследования, 25, 57.

[40] Павлик, Дж., Тидлитат, В., Черни, Р., Клецка, Т., Буска, П. и Ровнаникова, П.(2003) Применение метода микроволновых импульсов для измерения содержания свободной воды на ранних стадиях гидратации цементной пасты. Исследование цемента и бетона, 33, 93.

[41] Дженнаро, Р., Каппеллетти, П., Черри, Г., Дженнаро, М., Донди, М. и Лангелла, А. (2004) Цеолитные туфы как сырье для легких заполнителей. Прикладная наука о глине, 25, 71.

[42] Copeland, L.E. и Hayes, T.C. (1956) Пористость затвердевших портландцементных паст.Американский институт бетона, материалы, 27, 633.

[43] ISO (1983) 5018: 1983, Определение истинной плотности огнеупоров и другого сырья.

[44] Фёльдвари М. (2011) Справочник по термогравиметрической системе минералов и ее использованию в геологической практике. Геологический институт Венгрии, Будапешт.

[45] Доладо, Дж. С., Грибе, М. и Хамакерс, Дж. (2007) Молекулярно-динамическое исследование цементных гелей гидрата силиката кальция (C-S-H).Журнал Американского керамического общества, 90, 3938.

[46] Чжан Б. (2011) Влияние испарения влаги (потеря веса) на свойства разрушения высокоэффективного бетона, подвергающегося воздействию высоких температур. Журнал пожарной безопасности, 46, 543.

[47] Саад, М., Або-Эль-Энейн, С.А., Ханна, Г.Б. и Котката, М.Ф. (1996) Влияние температуры на физико-механические свойства бетона, содержащего микрокремнезем. Исследование цемента и бетона, 26, 669.

[48] Рашад, А.М., Садек, Д.М. и Хасан, Х.А. (2016) Исследование доменного шлака как мелкого заполнителя в шлаковых растворах, активированных щелочью, при повышенных температурах. Журнал чистого производства, 112, 1086.

[49] Алонсо М.М., Паласиос М. и Пуэртас Ф. (2013) Влияние добавок поликарбоксилат-эфир на цементные пасты на основе алюмината кальция. Часть 2: Исследования гидратации. Исследования в области промышленной и инженерной химии, 52, 17330.
https://doi.org/10.1021/ie401616f

[50] Матосси Ф. (1949) Частоты колебаний и силы связи в некоторых силикатных группах. Журнал химической физики, 17, 679.
https://doi.org/10.1063/1.1747369

[51] Бахарев Т. (2005) Геополимерные материалы, полученные с использованием золы-уноса класса F и отверждения при повышенных температурах. Исследование цемента и бетона, 35, 1224.

[52] Gadsden, J.A. (1975) Инфракрасные спектры минералов и родственных неорганических соединений.3-е издание, Баттервортс, Лондон.

[53] Лью, Ю.М., Камарудин, Х., Мустафа Аль Бакри, А.М., Лукман, М., Хайрул Низар, И., Рузайди, К.М. и Хеа, C.Y. (2012) Обработка и характеристика кальцинированного цементного порошка каолина. Строительные и строительные материалы, 30, 794.

[54] Ведалакшми, Р., Сундара Радж, А., Сринивасан, С. и Ганеш Бабу, К. (2003) Количественная оценка гидратированных цементных продуктов из смешанных цементов в бетоне низкой и средней прочности с использованием методов TG и DTA.Thermochimica Acta, 407, 49.

[55] Mitchell, L.D. и Margeson, J.C. (2006) Влияние растворителей на C-S-H, определенное термическим анализом. Журнал термического анализа и калориметрии, 86, 591.

[56] Европейский комитет по стандартизации (2000) Цемент: обычные цементы. PrEN 197-1, CEN / TC51 / WG 6 rev., Окончательный проект.

[57] Мобашер, Б. (2002) Гидратация, Лучшие 50 минут, Развитие факультета бакалавриата.Центр NSF по передовым материалам на цементной основе, Северо-Западный университет.

[58] Дженнингс, Х.М. (2008) Уточнения коллоидной модели C-S-H в цементе: CM-II. Цемент и бетон исследования, 38, 275.

[59] Бойнтон, Р. (1980) Химия и технология извести и известняка. Джон Вили и сыновья, Нью-Йорк.

[60] Платрет, Г. (2002) Мониторинг гидратации цемента и эволюции твердых фаз в бетоне с помощью термического анализа.Микроструктурные характеристики и свойства, связанные с прочностью бетона. Лаборатория методов измерения и испытаний, Методы испытаний № 58, Центральная лаборатория мостов и дорог, Париж.

[61] Mehta, P.K. (1986) Бетон, структура, свойства и материалы. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 450.

[62] Ван Х., Альфредссон В., Тропш Дж., Эттл Р. и Ниландер Т. (2013) Образование отложений CaCO3 на твердых поверхностях: влияние условий объемного раствора и свойств поверхности.ACS Applied Material Interfaces, 5, 4035.
https://doi.org/10.1021/am401348v

[63] Петцольд А. и Рор М. (1970) Бетон для высоких температур. Макларен и сыновья, Лондон.

Влияние температуры на бетон во время установки (PICP)

Влияние температуры на бетон и процесс укладки

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

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

Влияние температуры на бетон

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

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

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

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

Влияние колебаний температуры

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

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

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

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

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

Термический удар бетона

Кайла Хэнсон, П.Е.

Температурные перепады могут иметь широкое и разнообразное влияние на свойства бетона.

Наконец-то наступило лето, а вместе с ним и теплая погода, плотный график, работа во дворе, время в бассейне и… мурашки по коже? В жаркий летний день волосы на руках могут встать дыбом.Когда наши тела испытывают разницу температур, из-за которой нам становится холодно, например, при выходе из бассейна или при беге через разбрызгиватель, мы выделяем адреналин. Адреналин заставляет крошечные мышцы под кожей сокращаться, что приводит к появлению неровностей, которые мы обычно называем мурашками по коже. Так же, как колебания температуры могут сотрясать наши тела, они могут сотрясать бетон.

На заводе

Wieser Concrete Products в Мейден-Рок, штат Висконсин, для хранения инертных материалов используются отапливаемые закрытые бункеры. Затем используется конвейер для транспортировки заполнителя под землей на завод, чтобы поддерживать постоянную температуру в течение всего года.(Фото предоставлено Wieser Concrete Products)

Понимание влияния температуры

Температура — это сложное термодинамическое свойство, которое обычно рассматривается как простое одномерное измерение в градусах Фаренгейта или Цельсия. Температура влияет на нас в субъективном смысле, а также влияет на свойства материалов в объективном масштабе. Физические свойства материала, включая плотность, объем, проводимость, давление, скорость химических реакций и даже скорость звука, зависят от температуры.Сборный железобетон ничем не отличается, и качественный сборный железобетон во многом зависит от соответствующей температуры отверждения.

Разница температур — разница температур между двумя указанными точками — играет важную роль в процессе производства. Они существуют среди сырьевых материалов, а также между бетонными и закладными элементами, бетоном и формовочным оборудованием, бетоном и окружающим воздухом и даже между различными областями единой бетонной массы. Кетан Сомпура, директор по бетонным технологиям в Sika Corp., сказал, что наибольший фактор, способствующий термическому удару и термическому растрескиванию в бетоне, — это разница температур между поверхностью и внутренней частью.

Precasters также должны учитывать температурный градиент. Изделие, которое снято с его формы через 24 часа после отливки, может казаться прохладным на ощупь, но температурный градиент существует временно, поскольку температура бетона увеличивается ближе к центру массы.

Быстрый старт, медленный финиш

Температура свежего бетона или даже «зеленого» сухого бетона зависит от составляющих материалов, температуры окружающей среды, смесительного оборудования, формовочного оборудования и процедур уплотнения.Контроль этого обычно важен, поскольку реакции гидратации цемента, время схватывания, увеличение прочности на сжатие, удобоукладываемость и объем бетона в значительной степени зависят от температуры в дополнение к воздухововлечению и потребности в воде.

В целом, более высокие температуры в течение первых нескольких дней отверждения способствуют более быстрому набору прочности на раннем этапе, но могут снизить прочность через 28 дней. Например, если все остальные факторы поддерживаются постоянными при оптимальной влажности 80% и без специальной внешней обработки, скорость гидратации цемента в раннем возрасте и прочность бетона на сжатие неуклонно возрастают при сравнении температур отверждения 73, 90, 105 и 120 градусов по Фаренгейту.

Прочность бетона продолжает расти на протяжении всего срока службы продукта, так как оставшийся цемент гидратирует. Тем не менее, скорость развития силы замедляется, приближаясь к 28 дням, и снижается к 36 дням. Насколько замедляются скорости, зависит от температуры отверждения, поэтому со временем вещи переворачиваются, и бетон, отвержденный при более низких температурах, будет иметь более высокие значения прочности на сжатие, чем бетон, отвержденный при более высоких температурах (рис. 15-11 PCA).

Рисунок 15-11. Однодневная прочность увеличивается с повышением температуры отверждения, но 28-дневная прочность уменьшается с повышением температуры отверждения (Verbeck and Helmuth, 1968).

Однако, если температура становится слишком низкой, возникает другой набор проблем. Скорость гидратации снижается по мере снижения температуры и прекращения гидратации и повышения прочности на сжатие ниже 32 F.

Низкая температура при низких температурах

Перед воздействием отрицательных температур бетон должен достичь давления 500 фунтов на квадратный дюйм. Это значение прочности на сжатие считается минимально приемлемой точкой, при которой гидратирующая цементная паста становится достаточно прочной, чтобы противостоять нагрузкам, приложенным к ней от расширяющейся замерзающей поровой воды.Бетон, который замерзает до достижения 500 фунтов на квадратный дюйм, может развить всего 50% от предполагаемой предельной прочности. Последствия раннего замораживания необратимы. ACI 306, «Руководство по бетонированию в холодную погоду», описывает меры предосторожности, процедуры и рекомендации при производстве бетона в холодную погоду. В разделе 4.4.7 Руководства по контролю качества NPCA для заводов по производству сборных железобетонных изделий указано: «В холодную погоду температура бетона во время укладки не должна быть ниже 45 градусов по Фаренгейту».

Sompura рекомендует предприятиям по производству сборного железобетона, расположенным в более холодном климате, предотвращать термический удар в бетоне, выполнив следующие действия:

  • Контроль максимальной внутренней температуры.
  • Изолируйте поверхность бетона , чтобы обеспечить постепенное охлаждение.
  • Покрытие сборных изделий для уменьшения перепада температур в бетоне разной толщины.

«Температура бетона должна быть достаточно высокой, чтобы предотвратить замерзание бетона до достижения окончательного схватывания», — сказал Сомпура. «Это основная проблема, когда бетон размещается на открытом воздухе».

Другие доступные варианты включают использование добавок, ускоряющих схватывание, нагретой воды для смешивания, нагретых форм, высокопрочного цемента или ускоренного отверждения.

Повышение температуры

С другой стороны, при бетонировании в жаркую погоду необходимо учитывать особые тепловые характеристики. Склады сухого заполнителя можно обработать водой для обеспечения надлежащего содержания влаги перед загрузкой, вместо воды комнатной температуры можно использовать ледяную или охлажденную воду для смеси, а также добавки, замедляющие схватывание, или цемент с низкой теплотой гидратации. ACI 305, «Руководство по бетонированию в жаркую погоду», описывает меры предосторожности, процедуры и рекомендации при производстве бетона в особенно теплую и сухую погоду.В разделе 4.4.6 Руководства по контролю качества NPCA для заводов сборного железобетона говорится: «В жаркую погоду температура бетона во время укладки не должна превышать 90 градусов по Фаренгейту».

Производственные процессы, не адаптированные к условиям окружающей среды, могут нанести непоправимый ущерб бетону. Определенные условия, такие как высокая температура бетона, высокая температура окружающей среды, ветер и низкая влажность, могут привести к тому, что вода у поверхности бетона испарится быстрее, чем она может быть восполнена за счет подъема стекающей воды.Этот процесс приводит к быстрой усадке при высыхании, растягивающим напряжениям и, в свою очередь, к образованию трещин пластической усадки или растрескивания. Трещины из-за пластической усадки, обычно неправильной формы и короткой длины, обычно возникают на неформованных поверхностях вскоре после укладки или отделки. Крейзинг выглядит как более связная, но нерегулярная сеть очень мелких трещин.

Сомпура сказал, что меры предосторожности, предпринимаемые заводами по производству сборного железобетона в теплую погоду, в чем-то похожи на меры, перечисленные для заводов, расположенных в более холодном климате.Он рекомендует растениям делать следующее для предотвращения теплового шока:

  • Сведите к минимуму разницу температур между бетонной опалубкой и бетоном.
  • Используйте дополнительные вяжущие материалы , такие как летучая зола и, если возможно, цемент типа I, чтобы контролировать температуру бетона.
  • Распылите воду на заполнители , чтобы контролировать внутреннюю температуру бетона и поддерживать соответствующее содержание влаги в заполнителе.
Правильное лечение

Производители сборного железобетона часто используют методы ускоренного отверждения, особенно в холодную погоду.Ускоренное отверждение обычно включает в себя воздействие пара или тепла и влаги на продукты, заключенные в занавески или брезент, в течение определенного периода времени и при строго регулируемой температуре.

Чтобы избежать нарушения гидратации и раннего развития прочности, бетон должен достичь начального схватывания перед применением любой формы ускоренного отверждения. Достижение начального схватывания, которое проверяется в соответствии со стандартом ASTM C403, «Стандартный метод испытаний для определения времени схватывания бетонных смесей по сопротивлению проникновению», гарантирует, что затвердевающий бетон развил достаточную прочность, чтобы выдерживать термические напряжения, возникающие в результате воздействия пара и тепла.

Клей Скотт, помощник менеджера по контролю качества Forterra Pipe & Precast в Остине, штат Техас, объяснил, что на его заводе паровая отверждение используется для поддержания надлежащих условий отверждения для сухого литья труб и коробчатых изделий в зимние месяцы, а запотевание используется во время летние месяцы.

«Как только одна (зона отверждения) заполнена и производство закончило свою работу, они опускают занавес», — сказал Скотт. «Он поддерживает влажность трубы и поддерживает температуру отверждения до тех пор, пока на следующее утро не поднимут занавеску.За температурой отверждения следят, чтобы убедиться, что она не повышается слишком быстро ».

Условия отверждения, особенно при использовании процедур ускоренного отверждения, должны тщательно регулироваться для поддержания идеальной среды. Независимо от метода отверждения, температура отверждения должна постоянно оставаться ниже 150 F, чтобы снизить вероятность отложенного образования эттрингита. Температура окружающей среды также не должна повышаться или понижаться более чем на 40 F в час. Поддержание надлежащей температуры помогает избежать сотрясения бетона или прерывания гидратации и развития прочности.Также необходимо соблюдать осторожность при использовании газовых обогревателей для отверждения продуктов. Чтобы предотвратить сильную карбонизацию бетона, источник тепла нельзя направлять непосредственно на открытые бетонные поверхности.

Продолжительное воздействие температуры

В затвердевшем бетоне свойство материала, на которое больше всего влияет температура, — это объем. Когда температура объекта повышается, атомы внутри него вибрируют быстрее и заставляют материал расширяться. И наоборот, когда температура объекта понижается, атомы замедляются и заставляют материал сжиматься.Подумайте о том, как двери могут свободно открываться и закрываться зимой, но оставаться закрытыми в жаркие летние месяцы. Действует тот же принцип.

Коэффициент теплового расширения материала (α) показывает, как он будет реагировать на изменение температуры. Материалы со сравнимым α демонстрируют аналогичные вызванные температурой изменения длины и объема, что сводит к минимуму термические напряжения между ними. Напротив, материалы с разными значениями α демонстрируют очень разные изменения длины и объема. Когда эти изменения происходят в замкнутых пространствах и не могут быть устранены, возникают значительные напряжения, приводящие к растрескиванию.

Значения α для бетона и стали показывают, что при воздействии определенного изменения температуры образец каждого из них одинакового размера будет демонстрировать аналогичное изменение, но вода изменится в 6 раз больше, чем бетон.

В любом случае, температура бетона и температура окружающей среды должны поддерживаться на соответствующем уровне во время смешивания, заливки, отделки и отверждения. Отклонение от рекомендаций в течение любого периода времени может привести к серьезным необратимым повреждениям бетона, которые препятствуют развитию прочности и резко снижают долговечность, проницаемость, сопротивление замораживанию-оттаиванию, сопротивление истиранию, упругость и срок службы.

Кайла Хансон, P.E. инженер технической службы в NPCA.

Ресурсы:

.

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован.