Набор прочности раствора в зависимости от температуры: График набора прочности бетона, таблица прочности бетона

Автор

Содержание

Время набора прочности бетона в зависимости от температуры

Ключевым достоинством бетонных конструкций являются их высокие прочностные свойства и надежность. В зависимости от марки материал может использоваться в различных условиях. При этом степень набора прочности зависит от разных факторов.

Процесс набора

Бетон представляет собой популярный каменный материал, который создается на основе смеси воды, вяжущей добавки и заполнителя. В его состав вносятся специализированные добавки, отвечающие за особые свойства и функции.

В процессе гидратации происходит образование надежных монолитных соединений, которые приобретают свойства прочного искусственного камня. Для формирования монолита требуется несколько недель (до 28 суток), а получение заводских качеств занимает до 6 месяцев.

Созревание бетона состоит из 2 этапов:

  1. Схватывание. Является начальной стадией.
  2. Твердение. Финишная стадия.

Зная все нормы созревания, можно определить, сколько лет прослужит монолитная конструкция.

Схватывание

Использовать стройматериал сразу после заливки нельзя. Перед этим необходимо ознакомиться с графиком набора прочности бетона и спецификой каждого этапа его созревания.

Нередко смесь доставляется на строительную площадку с помощью специальной техники, поэтому ее поддерживают в подвижном состоянии с помощью автоматизированного оборудования.

Технология тиксотропии сохраняет базовые параметры консистенции до момента заливки, приостанавливая естественное созревание.

Но если выдержать смесь дольше допустимого времени или подвергнуть ее воздействию высоких температур, требуемые рабочие свойства будут ухудшены. В таблице набора прочности бетона упоминается, что он схватывается за период от 20 минут до 20 часов. Если работа выполняется при отрицательных температурах в зимнее время, термин увеличится до 6-10 часов.

Еще некоторые эксперты используют для зимних работ специализированные добавки и теплоизолирующие материалы. Выбирая этот вариант, необходимо ознакомиться с их свойствами и инструкцией по применению.

Для нагревания смеси можно использовать такие приспособления:

  1. Пар.
  2. Электроток.
  3. Известь-кипелку.
  4. Экзотермические цементы.
  5. Всевозможные ускорители.

Специалисты рекомендуют приступать к заливке раствора в формы при +20°C. В таком случае схватывание наступит через 1 час и займет не больше 60 минут. В жаркую погоду процесс происходит практически моментально.

Если применяются марки М300 и М200, а окружающая температура держится на отметке +20 °C, схватывающий процесс будет длиться в течение 1 часа.

Твердение

Следующий этап заключается в затвердевании бетонной смеси под воздействием гидратации. Процесс заключается в формировании из минералов цемента новых соединений. Если в составе раствора отсутствует влага, затвердевание будет замедлено или вовсе приостановлено, из-за чего материал не получит требуемую прочность и начнет растрескиваться.

Если такие требования соблюдены, процесс наращивания прочности составит 7-14 суток. За этот термин раствор получает 60-70% заявленной прочности, после чего процесс замедляется.

При выдерживании бетона в воде его прочностные свойства будут более высокими, чем при твердении на воздухе. Сухая среда способствует быстрому испарению влаги и остановке процесса. Это связано с тем, что зерна цементной смеси не успевают вступить в гидратацию. Поэтому, чтобы избежать неприятных последствий, необходимо исключить преждевременное высыхание бетона.

В процессе твердения монолита его объем постоянно меняется. Еще материал дает усадку — в поверхностных зонах она более быстрая, чем во внутренней части. В случае нехватки влажности при твердении на поверхности бетона появятся усадочные трещины. Дефекты возникают также при обильном тепловыделении.

Если возводимая конструкция будет подвергаться дополнительным нагрузкам или есть необходимость быстрее демонтировать опалубку, процесс твердения придется ускорить. Для таких задач задействуют специализированные добавки. Их концентрация определяется опытным путем в строительной лаборатории.

Чтобы получить заводскую прочность в сжатые сроки, необходимо правильно обслуживать раствор и поддерживать его во влажном состоянии, защищая от сотрясений, ударов и повреждений. При ненадлежащем уходе материал станет низкокачественным и уязвимым к растрескиванию.

Ключевой причиной нехватки прочности является низкая температура, которая сопровождает строителей при зимнем бетонировании.

Под воздействием холода возникают 2 проблемы:

  1. Замедление гидратации и рост сроков набора.
  2. Вымерзание жидкости из состава бетонной смеси, из-за чего набор прочностных свойств приостанавливается.

При низкой температуре сроки получения прочностных свойств сильно увеличиваются, поэтому к исходному сырью добавляют специальные компоненты.

В зимних условиях инженеры задействуют противоморозные добавки, которые запускают процессы набора и снижают температуру замерзания жидкого вещества.

При необходимости ускорить твердение при высокой температуре или повышенной влажности исходное сырье подвергается прогреву. После заливки смеси поверхность бетона нужно усилить матами или щитами, которые будут удерживать температуру от гидратации и сохранять требуемые условия. Если наполнитель замерзнет, его запрещено использовать для дальнейших работ.

Электрический прогрев бетона востребован на тех строительных площадках, где имеется доступ к трансформаторам с большой мощностью. Выполнение бетонных работ с применением электрического оборудования — лучший способ получить заводскую прочность без потери эксплуатационных качеств материала.

В зимний период бетон укрывают с целью защиты поверхности от потери тепла.

Особенности набора прочности

График твердения бетона зависит от разных факторов. При опускании температурных показателей процесс замедляется, а нулевая отметка термометра приостанавливает его, поскольку жидкость в составе начинает замерзать, а качество материала ухудшается.

График набора прочности бетона В25 определяется его составом. Составы более высокой марки твердеют быстрее, что заставляет работников приступать к обработке более оперативно. В период с 3 по 10 сутки после заливки материалу нужно обеспечивать благоприятные условия. При теплой погоде раствор укрывают водоотталкивающей пленкой, а сам камень увлажняется каждые сутки по 6-7 раз.

Смесь нужно изолировать от прямых лучей. В зимний период бетон прогревают искусственным путем и утепляют. Для этих целей используют специальное обогревательное оборудование, препятствующее замерзанию жидкости и защищающее конструкцию от осадков. Необходимо придерживаться нормативно-безопасного срока набора, который указывается в диаграммах СНиП.

От чего зависит набор прочности

Среди ключевых факторов, влияющих на интенсивность получения прочности, выделяют:

  1. Марку цементной смеси.
  2. Пропорции воды и цемента.
  3. Пропорции других добавок.
  4. Метод уплотнения.
  5. Температурно-влажностный режим.
  6. Способ и скорость укладки.
  7. Качество и интенсивность увлажнения.

По мере повышения марки бетона нужно менять пропорции компонентов, поскольку от них зависят конечные прочностные свойства.

Фундаменты из высоких марок цементной смеси характеризуются повышенной надежностью, большим сроком службы и прочностью. В холодный период камень становится более прочным из-за способности выделять тепло, однако, чтобы сбалансировать график образования монолита, лучше внести в состав специализированные добавки. Они предназначаются для ускорения твердения и остановки гидратации.

С такими компонентами состав приобретает марочную прочность уже через 2 недели. На набор прочностных свойств влияет тип компонентов состава. Так, глиноземистый цемент может упрочняться даже в сильный мороз, поскольку он способен выделять в 7 раз больше тепла, чем классический портландцемент.

Важное значение отыгрывает форма и фракция зерен органических добавок. Если они обладают неправильной формой и шероховатой поверхностью, это создает благоприятные условия сцепления и повышает качество материала. По мере увеличения доли воды происходит расслоение массы.

Для ускорения процесса и сокращения термина выдержки бетона лучше воспользоваться пескобетонами с минимальным соотношением воды/цемента. Если материал не имеет хорошего уплотнения, в процессе созревания он получит не больше 50% от заявленной прочности. Используя ручные уплотняющие приспособления, можно поднять показатель на 30-40%.

График по суткам

График получения заводской прочности бетона по суткам указывает временной интервал, за который смесь приобретает заводские свойства.

В благоприятной среде состав успевает «созреть» за 28 суток, при этом наибольшая эффективность твердения замечается в течение первых 5 дней. Через неделю с момента заливки прочностной показатель достигает 70%.

При этом приступать к дальнейшим работам разрешается только после получения 100% значения, т.е. через 28 суток.

В теплую пору процесс оптимизируется с помощью 2 методов:

  1. Выдержка бетона в опалубке.
  2. Созревание смеси после демонтажа опалубочной конструкции.

Если работа выполняется в холодный период, конструкцию нужно дополнительно обогревать и защищать гидроизолирующими материалами. В противном случае процесс полимеризации будет замедлен.

Марка бетона М200-М300 (раствор создавался на базе портландцемента М400-М500) Среднесуточная температура, при которой твердеет бетон, °C Интервал твердения
1 2 3 5 7 14
Прочность бетона на сжатие (% от заводского значения)
-3 3 6 8 12 15
20
5 12 18 28 35 50
+5 9 19 27 38 48 62
+10 12 25 37 50 58 72
+20 23 40 50 65 75 90

Для ускорения процесса и сокращения времени выдержки следует воспользоваться пескобетонами с минимальным соотношением воды к цементу. Если пропорции воды и цемента равны ¼, сроки из графика будут сокращены в 2 раза. Чтобы получить положительный результат, состав можно разбавить пластификаторами.

Нормативные документы, регламентирующие набор прочности бетонной смеси

Ключевым документом, регламентирующим сроки и условия твердения бетона, является ГОСТ 18105-2010. Еще обработка бетона контролируется стандартом ГОСТ 26633-2012. Для промышленного возведения построек используются другие правовые акты.

Прочностные свойства бетонных конструкций зависят от многих факторов и создаются под воздействием различных условий. Задача строителей заключается в подготовке правильной бетонной смеси и обеспечении благоприятных условий для повышения прочности.

Источник: https://1beton.info/proizvodstvo/rabota/grafik-nabora-prochnosti-betona

Набор прочности бетона

Сколько нужно времени для твердения бетона и при какой температуре блоки быстрее наберут отпускную прочность? Рассказываем, зачем знать время застывания и пользоваться графиком созревания бетонной смеси.

В строительной сфере блоки на основе бетона используются для изготовления фундамента и возведения стен. Одной из главных характеристик бетона становится прочность на сжатие. Она повышается по мере застывания смеси, пока не достигнет своего максимума. Сколько ждать созревания бетона, как ускорить или замедлить этот процесс — в нашей статье.

Время набора прочности бетона необходимо знать для того, чтобы определить момент, когда можно нагружать конкретный элемент.

До того, пока смесь не достигнет максимальных показателей прочности, давать какую-либо нагрузку на изделие запрещается. Это может повредить всю конструкцию, привести к смещению деталей и деформации самого материала.

Соответственно, пока процесс «вызревания» не закончится, строительные работы со свежими блоками производиться не могут .

Твердение бетона происходит постепенно. Схватывание смеси начинается с самого начала ее изготовления во время замешивания с водой и другими компонентами для приготовления бетона.

Но скорость этого процесса в немалой степени зависит от температуры воздуха и уровня влажности.

Если застывание бетонной смеси происходит в течение нескольких часов, то набор прочности может длиться несколько месяцев.

Застывание происходит при спокойном состоянии смеси, когда на нее не оказывают механического воздействия. Поэтому для длительных работ используют бетономешалки, которые замедляют застывание.

Во время схватывания смесь остается в пластичном состоянии, что позволяет перемещать ее и заполнять ею необходимые формы. Механическое воздействие уменьшает вязкость материала.

Только после помещения в соответствующую форму смесь сможет затвердеть, так как на нее больше не будет оказываться никакого механического воздействия.

Время твердения бетона составляет около двух часов, но зависит от его марки и температуры окружающей среды.

В течение всего процесса заливки бетона смесь перемешивается, чтобы она не застыла раньше времени. Но при длительном перемешивании возникают негативные последствия в виде «сваривания» смеси, что приводит к потере качества.

Время «сваривания» зависит от температуры. Если придерживаться ГОСТ 25192, то появление таких негативных последствий во время твердения бетона недопустимо.

Кстати, подобные «казусы» могут происходить не только при работе с монолитом, но и при формовке блоков. Как правило, некондиция часто встречается на небольших кустарных производствах, где замешивание формовочной смеси происходит не по ГОСТу, а «на глазок». Проехав, без малого, пол-России, мы с уверенностью можем сказать, что сделать идеальные блоки своими руками не так просто, как кажется. Поэтому собрали в нашем каталоге поставщиков только тех, кому это действительно под силу. Фото реальных производств и поставка стройматериалов прямо с заводов-производителей без наценок — работа с тендерной площадкой KBLOK действительно снижает стресс и превращает строительство в удовольствие. С нами у вас все получится.

Но знать, как твердеет бетон и сколько времени для этого требуется, все равно полезно.

Нужны качественные блоки без посредников?

Таблица набора прочности бетона составляется на основе определенных условий окружающей среды, в которых находится бетон. Для сравнения нескольких марок берутся одинаковые условия, чтобы видна была точная разница во всех вариантах, без погрешностей на внешние условия. Рассмотрим подробнее, какие именно факторы влияют на процесс набора прочности бетона.

Чем ниже температура окружающей среды, тем медленнее происходит процесс твердения бетона. Если ее значение опустится ниже нуля, то прочность перестанет набираться из-за того, что вода внутри смеси замерзнет — гидратация на морозе полностью останавливается. И, напротив, при повышении температуры воздуха набор прочности восстанавливается: схватывание и твердение бетона также ускоряются.

Добавки для твердения бетона и разнообразные модификаторы могут помочь снизить минимальную температуру для начала набора прочности. Поэтому на рынке можно встретить специальные быстротвердеющие марки, использование которых разрешено при низких температурах.

В зимнее время может потребоваться дополнительный подогрев бетона для работы. Это можно сделать с помощью специального оборудования, но после заливки из бетономешалки с подогревом состав все равно будет долго набирать прочность. График набора прочности бетона обеспечивает более полное представление о том, какое влияние температура оказывает на набор прочности.

График твердения бетона: зависимость набора прочности от времени и температуры.

Благодаря графику можно узнать, например, что при снижении температуры до 10 °C марочное значение не будет достигнуто за две недели, а растянется на значительно более длительный срок. Если же значение температуры доходит до 40 °C, то окончательный набор прочности достигается уже за одну неделю вместо трех и более. Именно по этой причине большинство фундаментов рекомендуется заливать в летнее время. Добавлением новых компонентов можно заметно сместить максимальные и минимальные показатели. О них — немного ниже. График твердения бетона всегда включает в себя время, так как именно этот параметр наиболее интересен для строителей. Влияние времени на набор прочности всегда оказывается положительным. Чем более длительный период прошел, тем выше прочность материала. На первых порах она набирается максимально быстро, пока происходит твердение, а затем темпы упрочнения снижаются. Это хорошо видно по вышеуказанному графику. Набор прочности бетона по суткам может меняться в зависимости от других факторов. В отличие от влияния температуры на набор прочности бетона, время никогда не останавливает данный процесс, если не изменялись другие факторы. Это связано с тем, что данный параметр является постоянным.

Слишком низкая влажность снижает естественное твердение бетона. Если влага полностью отсутствует, то гидратация материала оказывается невозможной и процесс отвердевания останавливается.

Для того чтобы бетон быстрее отвердел и набрал необходимую прочность для дальнейшей работы, необходимо качественное и своевременное увлажнение.

С повышением влажности возрастает и скорость набора прочности. Если влажность и температура становятся максимально высокими, то прочность нарастает с очень большой скоростью.

Ячеистый бетон автоклавного твердения изготавливается как раз по данному принципу: высокое давление, влажность и температура, которая достигает, в среднем, 80 °C, — идеальный вариант для быстрого созревания таких блоков.

Если нагревание, которое ускорят процесс, будет происходить с низким уровнем влажности, то это приведет к быстрому высыханию раствора, но скорость набора прочности станет значительно ниже. Чтобы избежать таких проблем, необходимо использовать дополнительное увлажнение.

Ускорители твердения бетона — специальные добавки, которые дополняют основной состав смеси и позволяют сократить время набора прочности практически в два раза.

Они могут изначально входить в заводские упаковки цементной смеси, или же их потребуется добавлять во время приготовления вещества: если вы собираетесь строить дом своими руками или самостоятельно изготавливать блоки, выбор таких добавок остается исключительно вашей прерогативой и никак не регламентируется. Дозировка ускорителя определяется количеством замешиваемого материала.

Встречаются различные варианты добавок. Например, благодаря ряду химических веществ, твердение бетона можно не только ускорить, но и замедлить, если того требуют условия работы.

Стоит отметить, что выбор добавки напрямую зависит от температуры. Ускорители лучше работают в летнее время, хотя предназначаются скорее для зимней стройки.

На упаковках цементной смеси могут быть указаны противоморозные компоненты, позволяющие увеличивать скорость набора даже при низких температурах.

Замедлители твердения, как правило, в состав готовых смесей не входят, их требуется добавлять в бетон отдельно.

При строительстве нередко возникает необходимость ускорить процесс твердения, так как пока он не закончится, невозможно будет продолжить дальнейшие процедуры.

К примеру, в холодное время года твердение ячеистого бетона может длиться более одной недели, тогда как при высокой температуре и прочих сопутствующих условиях это будет занимать менее суток.

Для увеличения скорости процесса используется несколько способов.

Бетонная смесь помещается в специальную камеру-автоклав. Здесь возможно повышать температуру и давление при обработке материала, а также обдавать паром, что также способствует более быстрому застыванию.

Эта технология получила широкое распространение в строительной области, так как с ее помощью можно создавать бетоны автоклавного твердения с заданной температурой, давлением.

Продукция приобретает необходимые характеристики, так как на нее не влияют посторонние факторы.

Среди всех способов твердения бетона именно пропарочная камера максимально точно обеспечивает соблюдение стандартов и прекрасно подходит для производства блоков. Готовые блоки получаются с точными размерами и нужными характеристиками прочности по ГОСТу.

Нормальное твердение бетона происходит значительно дольше, чем при обработке в парильной камере. В автоклаве ему достаточно пробыть 15 часов, чтобы получить такой же набор прочности, как при годичном застывании. Но в данной ситуации есть своя обратная сторона, которая кроется в отсутствии дальнейшего увеличения прочности материала.

Камеры твердения бетона представляют собой емкость, в которой будет находиться бетонная плита или блок. К ней подключены нагревательные элементы, повышающие температуру для лучшего твердения. Давление, обработка паром и прочие дополнения здесь не используются.

Камеры твердения бетона предназначены для создания более благоприятных условий, чем на улице, но при этом тут не используются какие-либо экстремальные условия, значительно увеличивающие скорость созревания блоков.

Камера нормального твердения бетона может быть изготовлена самостоятельно. Для этого требуется подобрать соответствующую емкость и подключить нагревательные элементы, которые могли бы создавать нужную температуру. Также можно купить стандартную камеру заводского изготовления. В них проще соблюдать условия твердения бетона с высокой точностью.

Добавки в бетон для быстрого твердения также является существенной помощью в строительстве. Оптимальное соотношение компонентов и их наличие в конкретной марке определяется в лабораторных условиях. Вне зависимости от разновидности бетона, максимальные показатели добавок должны быть следующими:

Благодаря использованию добавок можно не только увеличить скорость набора прочности, но и понизить температуру твердения бетона.

Многие модификаторы не рекомендуется применять, если в бетонной смеси присутствует сталь, которая прошла термическое упрочнение. Также не допускается использование некоторых веществ для глиноземистого цемента.

В таких ситуациях есть лишь один беспроигрышный вариант — сульфат натрия.

Если вы собираетесь делать бетонную смесь или блоки для строительства дома, не поленитесь ознакомиться со СНиПами и ГОСТами, регламентирующими ограничения и особенности работы с выбранными вами материалами, чтобы не допустить снижения прочности соединяемых арматурных элементов.

Планируете выпускать блоки? Поможем с заказами.

Вышеуказанные способы актуальны практически для всех разновидностей бетона. Подведем некоторые итоги и закрепим информацию.

При высокой температуре окружающей среды нужно заботиться о влажности раствора, так как под солнцем влага быстро испаряется. Здесь нужно обеспечить дополнительное увлажнение, чтобы поддерживать этот параметр на одном уровне.

В зимнее время рекомендуется использовать добавки, которые помогут ускорить процесс затвердевания, даже если их нет в составе смеси. Подобрать самостоятельно подходящий вариант не составит труда, так как в продаже встречаются специальные средства.

Для работы при высокой температуре в смесь можно добавить замедлитель твердения, чтобы она не схватилась еще до того, когда ее нужно будет использовать. Главное точно соблюдать пропорции, чтобы не испортить весь строительный материал.

Если же после прочтения статьи у вас все еще остались вопросы — не стесняйтесь, спросите у наших экспертов, воспользовавшись формой ниже. Мы не только поможем советом по строительству, но и подскажем профессиональных производителей блоков на основе бетона, чьи материалы соответствуют всем нормам ГОСТа по показателям прочности. Вы, к слову, можете сами сравнить их качество: получите бесплатные образцы блоков, просто заполнив форму обратной связи.

Источник: https://kblok.ru/nabor-prochnosti-betona

Время застывания бетона в зависимости от температуры окружающего воздуха

Процесс твердения бетонного раствора относится к значимым этапам производства строительных работ. От его продолжительности, в конечном итоге, зависит прочность монолитной конструкции.

После заливки смеси в опалубку, по графикам или таблицам устанавливается приблизительное время застывания бетона, в зависимости от температуры и влажности окружающего воздуха.

Также учитывается проектная марка искусственного камня.

Что влияет на сроки твердения бетонной массы

Температурно-влажностный режим играет огромную роль в процессе схватывания и отверждения бетона.

В жаркие дни поверхность монолита смачивают водой, чтобы цементному порошку хватило жидкой составляющей для полноценного завершения химических реакций.

В таких условиях схватывание камня происходит гораздо быстрее, чем при низких температурах. Следует принимать во внимание тот факт, что минусовые значения и недостача воды способны даже остановить застывание растворной массы.

Лабораторные исследования показали, что оптимальной температурой окружающего воздуха для начала и продолжения процесса твердения бетона является 20-30 градусов.

При этом влажность на его поверхности должна составлять не менее 90 процентов, что достигается путем полива и накрытия глыбы полиэтиленовой пленкой или рубероидом.

Описанные условия позволят камню набрать 70-типроцентную прочность в течение первых пяти-семи дней после заливки опалубки. Марочные же показатели достигаются через две-четыре недели.

Конечно же, лабораторные условия перенести в реальность не представляется возможным. На открытых площадках температура и влажность постоянно меняются в зависимости от:

  • времени суток;
  • сезонных изменений;
  • климатических особенностей;
  • наличия атмосферных осадков и т.д.

Фактически, набор бетоном прочности на сжатие происходит намного дольше 28 суток, но последующий процесс твердения продвигается настолько медленно по сравнению с первой семидневкой, что после четырех недель его в большинстве случаев не принимают во внимание. Хотя при неблагоприятных условиях, спровоцированных низкой температурой, сроки застывания увеличивают на несколько дней, а то и недель.

В промышленных условиях заливку бетона допускается выполнять при минусовых температурах. Для предотвращения замерзания воды в растворе и для ускорения отверждения бетонной массы, производится ее принудительный прогрев. Нередко в раствор подмешивают специальные добавки.

Частным застройщикам рекомендуется заливать монолитные конструкции в летний период года, когда среднесуточная температура не опускается ниже 15-20 градусов.

Проведение работ следует планировать заранее. Важно позаботиться о том, чтобы срок застывания бетона закончился раньше наступления холодных ночей. В случае понижения среднесуточной температуры до уровня +5 градусов, находящийся в процессе твердения камень накрывают теплоизолирующими материалами, а при угрозе появления заморозков – над монолитной глыбой устанавливают парник.

Как упоминалось выше, продолжительность застывания бетонной массы увеличивается по мере снижения температуры окружающего воздуха.

В идеале, бетон марки М300 набирает стопроцентную прочность на сжатие при +20 градусах через 28 суток, тогда как при среднесуточных показателях температуры в пределах +5 градусов прочность за четыре недели сможет достичь лишь 77 процентов.

Рассматривая графики твердения бетонного камня, представляющие собой выгнутые линии, можно с уверенностью сказать, что в последнем случае срок набора проектной прочности увеличится вдвое по сравнению с предыдущим вариантом.

В определенных случаях пригрузка бетонных конструкций разрешается после 50-процентного отверждения монолита. Здесь зависимость прочности от температуры выглядит следующим образом:

  • при +20 градусах должно пройти более 3 суток после заливки опалубки;
  • при +10 градусах – не менее 5 суток;
  • при +5 – 8 дней и более.

В жаркую погоду, когда столбик термометра поднимается выше 30 градусов, для набора 55-процентной прочности может понадобиться всего лишь 48 часов. Но при столь быстром застывании бетона нагружать конструкцию рекомендуется, все же, не раньше чем через 4-5 суток. В таком случае лучше будет перестраховаться, чем переделывать работу.

Источник: http://semidelov.ru/mar/vremya-zastyvaniya-betona-v-zavisimosti-ot-temperatury-okruzhausc/

Зависимость прочности бетона от температуры

Нормальной температурой среды для твердения бетона считается 15 — 20°. При пониженной температуре твердения прочность бетона нарастает медленнее, чем при нормальной. При температуре бетона ниже нуля твердение практически прекращается, если только в бетон не добавлены соли, снижающие точку замерзания воды.

Прочность бетона, твердеющего при различных температурах

Бетон, начавший твердеть, а затем замерзший, после оттаивания продолжает твердеть в теплой среде причем, если он не был поврежден замерзающей водой в самом начале твердения, прочность его нарастает значительно.

При повышенных температурах бетон твердеет быстрее, чем при нормальной, особенно в условиях влажной среды. Так как при высоких температурах бетон трудно предохранить от быстрого высыхания, то нагревать его выше 85° нельзя.

Исключение составляет лишь обработка насыщенным паром под давлением в автоклавах на заводах, изготовляющих бетонные изделия .

Прочность бетона, твердеющего при различных температурах в течение любого срока, может быть приблизительно определена по проектной прочности бетона R28, твердеющего 28 дней при нормальной температуре, умножением на коэффициенты, полученные опытным путем С. А. Мироновым и приведенные в табл. 1.

Относительная прочность бетона в разные сроки твердения при различных средних температурах (портландцемент средней марки)

Время набора прочности бетона от температуры

Основные требования к бетону при зимних работах и способы производства работ

  • Бетон, укладываемый зимой, должен зимой же затвердеть и приобрести прочность, достаточную для распалубки, частичной загрузки или даже для полной загрузки сооружения.
  • При любых бетонных работах бетон следует предохранить от замерзания до приобретения им 50% проектной прочности
  • Даже при применении быстротвердеющих цементов (глиноземистого, высокопрочного портландцемента) срок твердения бетона в теплой среде должен быть не меньше 2 — 3 суток, а при обычных цементах — 5 — 7 суток.

Опыты показывают, что замерзание бетона в раннем возрасте влечет за собой значительное понижение его прочности после оттаивания. Это объясняется тем, что свежий бетон насыщен водой, которая при замерзании расширяется и разрывает связь между поверхностью заполнителей; и малозатвердевшим цементным камнем.

Прочность бетона, тем ближе к нормальной, чем позже бетон был заморожен. Кроме того, из-за раннего замораживания значительно уменьшается сцепление бетона со стальной арматурой в железобетоне.

Для затвердевания бетона зимой необходимо обеспечить его твердение в теплой и влажной среде в течение срока, устанавливаемого в зависимости от заданной прочности. Этой цели достигают двумя способами:

  1. использованием внутреннего тепла бетона;
  2. дополнительной подачей бетону тепла извне, если внутреннего тепла недостаточно.

При первом способе необходимо применять высокопрочные и быстротвердеющие цементы, прежде всего портландцемент высоких марок и глиноземистый цемент.

Кроме того, рекомендуется использовать ускоритель твердения цемента — хлористый кальций, уменьшать количество воды в бетонной смеси и уплотнять ее высокочастотными вибраторами.

Все это дает возможность ускорить сроки твердения бетона при бетонировании сооружений и добиться того, чтобы бетон приобрел достаточную прочность в течение 3—5 дней вместо обычных 28.

Внутренний запас тепла в бетоне создают, подогревая материалы, составляющие бетонную смесь; кроме того, тепло выделяется при химической реакции, происходящей между цементом и водой (экзотермия цемента).

В зависимости от массивности конструкций и температуры наружного воздуха подогревают либо только воду для бетона, либо воду и заполнители (песок, гравий и щебень). Воду можно подогревать до 90°, заполнители — до 40°, цемент не подогревают.

Требуется, чтобы бетонная смесь при выходе из бетономешалки имела температуру не выше 30°, так как при более высокой температуре она быстро густеет.

Загустевание, т. е. потеря подвижности бетонной смеси, затрудняет укладку, добавлять же воду нельзя, так как это понижает прочность бетона. Минимальная температура бетонной смеси при укладке в массивы должна быть не ниже +5°, а при укладке в тонкие конструкции — не ниже + 20°.

В процессе твердения бетона цемент выделяет значительное количество тепла, зависящее от состава и тонкости помола цемента, температуры бетона и срока твердения. Это тепло выделяется главным образом в первые 3—5 дней твердения.

Чтобы сохранить тепло в бетоне на определенный срок, необходимо покрыть опалубку и все открытые части бетона хорошей изоляцией (соломит, шевелин, опилки, шлак и т. п.), толщина которой определяется теплотехническим расчетом.

Описанный выше способ зимнего бетонирования часто называют способом «термоса», так как подогретая бетонная смесь твердеет в условиях теплоизоляции.

Применение Данного способа допустимо и рационально, если тепло сохраняется в бетоне по крайней мере 5—7 суток, необходимых для его первоначального твердения.

Это возможно только при массивных или тщательно изолированных средних по толщине конструкциях.

У этих конструкций отношение охлаждающейся поверхности бетона к его объему (так называемый модуль поверхности F /V) должно быть не более 6. Все конструкции более тонкие или со слабой теплоизоляцией, а также возводимые при очень сильных морозах, должны бетонироваться с подачей тепла извне. Существуют три разновидности этого способа, описанные ниже.

Способы обогрева бетона

Обогрев бетона паром

Обогрев бетона паром, пропускаемым между двойной опалубкой, окружающей бетон, или по трубкам, находящимся внутри бетона, или по каналам, вырезанным с внутренней стороны опалубки.

Последний способ пропаривания (так называемая капиллярная опалубка) предложен А. А. Вацуро. Обычная температура пара 50—80°.

При этом бетон твердеет быстро, достигая в течение двух суток такой прочности, которую он приобретает на 7-й день при нормальном твердении.

Электропрогрев бетона

Электропрогрев бетона, который осуществляют, пропуская через бетон электрический переменный ток.

Для этой цели стальные пластинки-электроды, соединенные с электрическими проводами, укладывают сверху или с боковых сторон конструкции на бетон в начале его схватывания.

При другом способе в бетон закладывают продольные и струнные электроды или вбивают короткие стальные стержни для присоединения проводов. После затвердевания бетона эти стержни срезают.

Пластинчатые электроды применяют главным образом для подогрева плит и стен, «струнные» электроды и поперечные короткие стержни — для балок и колонн.

В начале прогрева подают обычно ток низкого напряжения—50—60 в, получаемый путем трансформирования обычного тока в 220 в. Сырой бетон при пропускании тока разогревается и затвердевает. По мере затвердевания бетона его электрическое сопротивление возрастает, и напряжение приходится повышать.

Нагревать бетон следует медленно во избежание высушивания и появления в нем трещин (повышать   температуру нужно не более чем на 5° в час) и доводить температуру бетона до 60.° При этих условиях бетон в течение 36—48 час.

твердения приобретает прочность не меньшую, чем за 7 дней нормального твердения.

При бетонировании массивных сооружений зимой целесообразно применять электропрогрев только поверхностного слоя бетона и углов сооружения, чтобы предохранить их от преждевременного замерзания (так называемый периферийный электропрогрев).

Применяется еще один способ электропрогрева бетона, который заключается в использовании так называемой «термоактивной опалубки». Это — двойная деревянная  опалубка, в которую засыпают опилки, смоченные раствором соли.

В опилки через опалубку вставляют стержневые электроды и разогревают опилки и опалубку. При этом способе электроды в бетоне не остаются, и бетон равномерно нагревается, но требуется тщательный противопожарный надзор.

Обогрев воздуха, окружающего бетон.

Для этого устраивают фанерный или брезентовый тепляк, в котором устанавливают временные печи, жаровни (при этом нужно строго соблюдать противопожарные правила), воздушное отопление (калориферы) или электрические отражательные печи.

В тепляке ставят сосуды с водой, чтобы создать влажную среду для тверlения, или поливают бетон.

Этот способ дороже предыдущих и применяется иногда при малых объемах бетонирования, при очень низких температурах, а также при отделочных работах

Источник: https://www.masterovoi.ru/stroy-mat/nabor-prochnosti-betona-v-zavisimosti-ot-temperatury

Технология набора прочности бетона в процессе выполнения строительных работ

Главное свойство бетонной смеси определяет набор прочности бетона, отражающий качественное состояние монолитной конструкции.

Поскольку она находится во взаимосвязи со структурой данного строительного материала, то набор прочности можно поделить на два шага, связанных со схватыванием и затвердеванием бетона.

Для последнего характерно наличие физико-химических свойств, возникающих при взаимодействии цемента с водой. Кода идет формирование бетона, то гидратация цемента вызывает образование других соединений.

Схема приготовления бетона.

Как происходит набор прочности бетона

Схватывание состава может произойти в первые дни с того момента, как была изготовлена консистенция из цемента и воды. Время ее схватывания находится в прямой зависимости от температуры воздуха.

Если она составляет 20°С, то может понадобиться около одного часа.

Поскольку процесс застывания бетона не мгновенный, а достаточно долговременный, то для набора прочности материала может потребоваться несколько месяцев.

Зачастую схватывание цемента происходит приблизительно спустя около двух часов с того момента, как был затворен цементный раствор, а окончательный процесс может начаться приблизительно спустя три часа. Поэтому на данной стадии может помочь ускоритель схватывания бетона.

Изображение 1. График набора прочности бетона.

Начало данной стадии может быть отодвинуто в результате снижения температурного уровня, а ее продолжительность существенно возрастает.

Если уровень температуры воздуха составляет 0°С, то начало этапа схватывания может произойти спустя от 6 до 10 часов после того, как произошло затворение смеси. При этом данный процесс способен растянуться на 15-20 часов.

Если температуры завышены, то период схватывания бетона может быть сокращен, что составит около 10-20 мин.

Схватывание бетона предполагает то, что данный состав должен оставаться подвижным весь период, что позволяет оказывать влияние на смесь.

Механизм тиксотропии, связанный с уменьшением вязкости субстанции в условиях механического воздействия на нее, то есть периодического смешивания бетона, который схватился не полностью, твердение и процесс высыхания бетона не начинаются.

Данное свойство учитывают в процессе доставки раствора на бетоносмесителе, поскольку состав при этом должен перемешиваться в миксере, что позволяет сохранять все его важные свойства.

Вращение миксера машины препятствует высыханию цементного раствора, не позволяя твердеть смеси достаточно долго. Возможно и развитие необратимых последствий, которые называют «свариванием» бетона, а это снижает его полезные свойства. Данный процесс особенно быстро может происходить летом.

Источник: https://tolkobeton.ru/beton/nabor-prochnosti-betona.html

Процесс набора прочности бетона

Важнейшая характеристика бетона — прочность. Чтобы раствор достиг максимальных показателей прочности должно пройти время. Что происходит в первые часы после заливки раствора? Почему продолжать строительство можно только спустя месяц? Какие факторы влияют на срок набирания бетоном прочности?

Первый этап — схватывание бетона

Рассмотрим несколько вариантов температурного режима, чтобы понять зависимость времени первого этапа от температуры:

  • 0°С. Начало схватывания наступает после 8 часов с момента, как раствор приготовлен. Продолжительность процесса может достигать 15-20 часов.
  • 20°С. Начало процесса наступит через 2 часа после приготовления раствора и завершится спустя еще один час.
  • При жаркой солнечной погоде этот процесс проходит быстрее, однако в таких случаях важно увлажнять поверхностный слой бетона.

Использование специальных добавок сокращает время схватывания до 20 минут. Такой эффект наблюдается при пропаривании растворов в специальных камерах, однако это применимо только в заводских условиях.

Время схватывания бетона напрямую зависит от марки. Вот несколько примеров:

  • М200 — схватывание происходит за 2-2,5 часа.
  • М300 — на схватывание нужно 1,5-2 часа.
  • М400 — схватывание занимает 1-2 часа.

Чтобы понять, сколько времени нужно на схватывание для каждого конкретного случая необходимо принять во внимание все факторы.

Второй этап — твердение бетона

Следующий этап набирания бетоном прочности — твердение. Этот процесс продолжителен и во время него раствор обретает необходимые характеристики.

Чем выше температура вокруг, тем быстрее протекает твердение раствора. При минусовых температурах этот процесс приостанавливается, ведь вода в бетоне кристаллизуется.

Твердение возобновляется, когда температура снова превышает нулевую отметку, и вода в бетоне оттаивает. Замерзание раствора при твердении может пагубно сказаться на прочности бетона.

Замерзая, кристаллы льда давят на цементную составляющую массы.

Чтобы ускорить твердение бетона в заводских условиях температуру повышают до 80-90°С. Еще один фактор, ускоряющий данный этап — высокая влажность. Также возможно пропаривание раствора автоклавным способом при помощи пара высокого давления.

На то время, пока раствор обретает необходимую прочность, строительные работы прекращаются. Если речь идет о заливке фундамента, кладка стен начнется спустя месяц после начала работ.

Твердение бетона продолжается и в течение последующих месяцев или даже лет. К примеру, через 3 года прочность будет в два раза выше, чем та, какой характеризовался бетон спустя месяц после заливки. Дальнейший процесс обретения прочности также будет зависеть от получаемой нагрузки.

Чаще всего на твердение бетона при температуре около +20°С отводится около 28 дней. Если на протяжении 14 дней держалась знойная погода (+30°С) в бетоне уже мог относительно закончиться процесс твердения, поэтому дальнейшие работы продолжаются ранее. Эти цифры верны для растворов марок М-200, М-250 и М-300.

Особенно интенсивно твердение протекает в первые несколько дней. За трое суток бетон обретает около 30% марочной прочности. Через две недели этот показатель достигнет 70%.

В процессе набора бетоном необходимой прочности очень важно соблюдать температурно-влажностный режим и избегать резких перепадов температур. Также если возможно оградить бетон от замерзания — это позволит избежать потери качества материала и прочности здания в последующем.

Источник: https://beton-v-anape.ru/poleznaya-inormatsiya/protsess-nabora-prochnosti-betona/

Набор прочности бетона — график зависимости от температуры

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

Как бетон набирает прочность?

После укладки в смеси начинают происходить физико-химические процессы по превращению его в прочную основу для строительной конструкции. Как только под их влиянием вода и цемент вступают во взаимодействие, раствор постепенно теряет свою подвижность и изменяет свойства.

Формирование новой структуры происходит в течение определенного времени. Вызревание бетона предполагает прохождение раствором двух стадий: начальной — схватывания, и завершающей — затвердевания.

Их прохождение дает возможность получить прочностные свойства соответствующие бетону определенного класса и марки.

Стадия схватывания

Во время транспортировки в автобетоносмесителе смесь остается подвижной благодаря постоянному перемешиванию и тиксотропным ее свойствам.

Прекращение механического воздействия на раствор после заливки увеличивает его вязкость, и он начинает схватываться.

Все выявленные дефекты нужно устранять в начале первой стадии вызревания, она начинается сразу после заливки бетонной смеси и длится недолго.

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

Стадия твердения

После окончательного схватывания раствора начинается стадия твердения. На начальном этапе заполнитель, скрепленный кристаллизованными частицами цемента, не обеспечивает требуемую прочность. Но с началом реакции гидратации, твердение становится наиболее динамичным.

Бетонная основа за 7 суток становится намного прочнее. За этот небольшой отрезок времени бетон набирает 70 процентов прочности. После происходит замедление этого процесса и еще 25% твердости набираются на протяжении трех недель.

Полное затвердевание происходит через несколько лет.

Сколько бетон набирает прочность?

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

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

Зависимость времени набора прочности от температуры

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

Нужно иметь в виду, что скорость затвердевания раствора – величина непостоянная. На графике хорошо видно, что набранная скорость в первую пятидневку затем начинает постепенно уменьшаться.

Временной интервал, в котором происходит ускоренное твердение раствора, принято называть периодом выдерживания.

В это время важно обеспечить залитому раствору необходимые температурные и влажностные условия.

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

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

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

Температура

Если говорить о влиянии температуры окружающей среды на набор прочности бетона, то здесь действует следующее правило: чем холоднее, тем больше времени займет затвердевание бетонного основания.

При отрицательной температуре процесс останавливается, из-за чего время окончательного затвердевания увеличивается.

Поэтому на севере, где вызревание бетонного камня проходит в условиях низких температур, процесс может длиться годами.

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

Время

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

Влажность

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

Оптимальный показатель влажности 66-70%.

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

Цемент и добавки

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

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

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

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

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

Источник: https://betonpro100.ru/harakteristiki-i-svojstva/nabor-prochnosti-betona

Набор прочности бетона по суткам в зависимости от температуры и класса

Твердение бетона представляет собой сложный поэтапный процесс, время достижения требуемых характеристик определяется целым рядом факторов: от правильности подбора состава и пропорций компонентов до условий окружающей среды. Контроль за всеми стадиями бетонирования и ухода обязателен, нормы выдержки в сутках в каждом случае свои, особенно в зимнее время. Исключить риски помогают графики и таблицы прочности, отражающие изменения  по часам и в сутках в зависимости от температуры воздуха и других внешних факторов.

Оглавление:

  1. Описание
  2. Устройство
  3. Принцип работы

Понятие прочности, стадии ее набора

Эта характеристика является самой важной, именно она определяет соответствие качеств конструкций ожидаемым условиям эксплуатации. Прочность задается марками (отражающим предельные нагрузки на сжатие в кг/см2) и классом (доверительной вероятностью обеспечения заявленных свойств в 95%). В нормальных условиях ее максимальное марочное значение достигается на 28 сутки после начала бетонирования, за этот промежуток раствор проходит все стадии гидратации цемента, а именно: схватывание и твердение.

Время первой стадии полностью зависит в первую очередь от состава и температурных условий и варьируется от 20 минут до 1 дня. На этом этапе начинается образование внутренних связей, но смесь еще сохраняет подвижность и поддается механическим воздействиям. На практике это означает возможность предотвращения появления крупных трещин в течение первых 1-2 часов после бетонирования путем виброобработки, выравнивания поверхности заливаемых монолитов и поправки формы изготавливаемых изделий.

В зимнее время сама стадия удлиняется на 15-20 часов и затягивается ее начало (в особо сложных условиях – до 10 ч), в жаркую погоду – наоборот. При необходимости ее продления (например, в ходе доставки или заливке большого объема) смесь перемешивают с целью сохранения подвижности и качества в полной мере.

Стадия твердения начинается по окончании схватывания и длится вплоть до 100% вывода из раствора влаги, в ряде случаев она занимает несколько лет. Интенсивность процесса экспоненциальная: максимальная скорость набора прочности наблюдается в первые 3 дня (до 30% от марочной), до 70 % – в течение 7-14 и до 100 % на 28 сутки. Далее он замедляется, но не останавливается никогда, искусственный камень относится к материалам с упрочняющейся со временем структурой. При расчетах и проектировании используются величины, соответствующие выдерживаемой нагрузке на сжатие на 28 день, на практике они могут быть выше на 20 и более %.

График набора прочности

Взаимосвязь между значением этой характеристики и условиями внешней среды отражена в таблице:

Время застывания, сутки Процентное соотношение прочности в сравнении с нормативом, достигаемым на 28 день в зависимости от температуры окружающего воздуха, °С
0 +5 +10 +15 +20 +25 +30
1 20 23 27 30 34 37 39
2 26 30 34 39 43 47 50
3 30 35 41 45 50 52 56
4 34 40 46 50 55 58 63
5 39 44 51 55 60 63 68
6 42 48 54 59 64 68 72
7 45 52 58 63 68 72 76
10 53 60 67 72 77 82 85
14 60 68 74 81 86 690 95
21 70 76 83 91 97 > 100 > 100
28 75 83 90 100 > 100 > 100 > 100

Набор прочности бетона в зависимости от температуры можно отследить визуально, по специальному графику, но табличными значениями пользоваться удобнее. Чаще всего эти данные используются с целью вычисления сроков выдерживания в опалубке и дозревания состава после ее демонтажа. Также они помогают отследить влияние изменений температуры на достигаемые характеристики.

Оптимальными условиями признаны +20° C, в этих пределах и с уровнем влажности не ниже нормы ЦПС набирает марочную прочность равномерно, без создания зон внутреннего напряжения и без растрескивания.

Факторы влияния и ускорения

К главным критериям относят:

  1. Внешние условия среды в ходе схватывания и застывания. Помимо температуры воздуха на величину итоговой прочности оказывает влияние влажность (чем она будет выше, тем лучше) и состояние основания (опалубка и грунт не должны быть холодными, зимой их рекомендуется предварительно подогревать).
  2. Бетонный состав: тип, доля и активность вяжущего, пропорции сухих компонентов, соотношение В/Ц. Качество заполнителей на скорость набора марочной прочности влияет слабо, но итоговое значение от этого фактора зависит напрямую.
  3. Степень уплотнения и однородность. Наличие сухих участков нарушает процессы гидратации; растворы, уложенные с применением виброоборудования, имеют лучшие показатели прочности и застывают точно по графику.
  4. Время от начала заливки. Игнорирование нормативно-безопасных и оптимальных сроков последующих строительных работ влияет на целостность заливаемых конструкций.

Лучшие результаты достигаются при выдержке при оптимальной температуре и влажности в пределах указанной временной нормы, но в ряде случаев набор прочности требуется ускорить. Чаще всего такая ситуация возникает зимой из-за риска замерзания воды. Среди принимаемых мер выделяют ввод ускорителей и противоморозных добавок, обгорев опалубки, грунта или самого бетона электрокабелем, установку тепловых пушек, снижение В/Ц соотношения без потерь пластичности.


 

Набор прочности бетона — график зависимости от температуры

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

Как бетон набирает прочность?

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

Стадия схватывания

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

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

Стадия твердения

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

Сколько бетон набирает прочность?

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

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

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

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

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

От чего зависит набор прочности?

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

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

Температура

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

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

Время

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

Влажность

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

Оптимальный показатель влажности 66-70%.

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

Цемент и добавки

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

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

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

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

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

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

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

Как это происходит

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

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

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

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

Как использовать бетон марки м200, указано в статье.

На видео показывают проверку бетона на прочность сжатия.

Какова пропорция бетона м200 на 1 куб указано здесь.

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

Временные рамки

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

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

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

На видео – набор прочности бетона в зависимости от температуры:

Какова прочность бетона в15 указано здесь.

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

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

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

Условия

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

Какова характеристика бетона класса в 25 указано в статье.

Температура

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

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

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

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

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

Как сделать бетон для отмостки пропорции, указано в статье.

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

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

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

Время

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

Таблица 1 – Набор прочности в зависимости от количества дней

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

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

Состав и характеристики бетона

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

На фото – состав и характеристики бетона

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

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

Влажность

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

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

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

Специальные добавки

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

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

Электропрогрев

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

Согласно ГОСТ

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

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

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

Твердение и набор прочности бетона


 

Содержание статьи:

.

Схватывание и твердение

Прочность бетона считается  его основным свойством и отражает качество монолитной конструкции, так как напрямую связана со структурой бетонного камня.  Твердение бетона – сложный физико-химический процесс, при котором взаимодействуют цемент и вода. В результате гидратации цемента образуются  новые соединения, и формируется бетонный камень.

При твердении бетон набирает прочность, но происходит это не одномоментно, а в течение длительного периода времени. Набор прочности бетона происходит постепенно – в течение многих месяцев.

Набор прочности условно делят на два этапа:

1. Стадия первая — схватывание бетона 

Схватывание происходит в первые сутки с момента приготовления бетонной смеси. Время схватывания бетонной смеси напрямую зависит от температуры окружающего воздуха. При температуре 20 °С процесс схватывания занимает всего 1 час: цемент начинает схватываться примерно через 2 часа с момента затворения цементного раствора, а окончание схватывания происходит примерно через 3 часа. С понижением температуры начало этой стадии отодвигается, а длительность значительно увеличивается. Так, при температуре воздуха около 0 °С период схватывания бетона начинается через 6-10 часов после затворения бетонной смеси и растягивается до 15-20 часов. При повышенных температурах период схватывания бетонной смеси сокращается и может достигать 10-20 минут.

В течение периода схватывания бетонная смесь остается подвижной и на неё можно воздействовать. Благодаря механизму тиксотропии (уменьшение вязкости субстанции при механическом воздействии) при перемешивании несхватившегося до конца бетона, он остается в стадии схватывания, а не переходит в стадию твердения. Именно это свойство бетонной смеси используют при её доставке на бетоносмесителях: смесь постоянно перемешивается в миксере, чтобы сохранить её основные свойства. Во вращающемся миксере автобетоновоза бетон не твердеет в течение длительного времени, но при этом с ним происходят необратимые последствия (говорят бетон «сваривается»), что  в дальнейшем значительно снижает его качества. Особенно быстро бетонная смесь сваривается летом.

2. Стадия вторая — твердение бетона 

Твердение бетона наступает сразу после схватывания цемента. Процесс твердения и набор прочности продолжается в течение нескольких лет. При этом марка бетона определяется в возрасте 28 суток. Процесс набора прочности и график набора прочности описаны ниже.

.

Как и сколько бетон твердеет и набирает прочность

Класс бетона по прочности оценивают в возрасте 28 суток. Для испытаний берут образцы в форме стандартного куба со стороной 15 см, испытуемый образец при этом выдерживают при температуре 20±3°С и относительной влажности воздуха 95±5%. Эти параметры хранения бетонной смеси и есть нормальные условия твердения бетона, а сама камера для хранения испытуемых образцов  называется камерой нормального хранения (НХ).

При отклонении температуры твердения в большую сторону от «нормальной» получают твердение бетона при повышенной температуре, а при отклонении в меньшую – твердение при пониженной температуре.

В таблице приведена информация о наборе прочности бетона марок М200 — М300 на портландцементе М-400, М-500 в первые 28 суток в зависимости от среднесуточной температуры:

 

 

График набора прочности при различных температурах твердения приведен ниже (за 100% берется набор марочной прочности в первые 28 суток):

 Для справки: данными вышеприведенной таблицы и графика можно воспользоваться для определения срока распалубки монолитной железобетонной конструкции, который в соответствии с нормативными документами наступает с того момента, когда бетонная смесь наберет 50-80% от своей марочной прочности (подробнее в статьях «Когда снимать опалубку» и «Уход за бетоном»).

 

Для твердения бетона характерны следующие особенности:

  • чем ниже температура окружающего воздуха, тем медленнее происходит твердение и нарастает прочность;
  • при температуре ниже 0°С  вода, необходимая для гидратации цемента, замерзает и твердение прекращается. При последующем  повышении температуры твердение и набор прочности возобновляются;
  • при прочих равных условиях во влажной среде к определенному сроку бетон приобретает прочность выше, чем при твердении на воздухе;
  • в сухих условиях дальнейшее твердение замедляется и практически прекращается, из-за отсутствия влаги, необходимой для гидратации цемента;
  • при повышении температуры до 70-90° С и максимальной влажности скорость нарастания прочности значительно увеличивается. Именно такие условия создают при пропаривании бетона паром высокого давления в автоклавах.

Заметим, что скорость набора прочности бетона – величина непостоянная. Твердение имеет наибольшую интенсивность в первые 7 суток с момента заливки бетонной смеси.  При нормальных условиях твердения  через 7—14 дней бетон набирает  60—70% от своей 28-дневной прочности. В дальнейшем набор прочности не прекращается, но происходит гораздо медленнее, а к трехлетнему возрасту прочность бетона может достигать 200-250% от величины, определенной в возрасте 28 суток.

.

От чего зависит набор прочности и твердение

На набор прочности бетона влияют множество факторов, среди них можно выделить следующие:

  • тип цемента, используемого при производстве бетонной смеси;
  • температура, при которой происходит твердение бетона;
  • водоцеметное отношение;
  • степень уплотнения бетонной смеси.

Влияние каждого из вышеперечисленных факторов на твердение и набор прочности приведено ниже в виде таблицы и графиков.

Зависимость от типа цемента и температуры твердения:

Ниже приведены данные по набору тяжелым бетоном относительной прочности в зависимости от вышеуказанных двух параметров (типа цемента и температуры твердения).

Время твердения,
суток

Тип цемента

Относительная
прочность бетона при различных температурах твердения

30 оС

20 оС

10 оС

оС

1

Б

0,45

0,42

0,26

0,16

Н

0,37

0,34

0,21

0,12

М

0,23

0,19

0,11

0,06

2

Б

0,58

0,58

0,37

0,22

Н

0,52

0,5

0,32

0,19

М

0,38

0,34

0,21

0,12

3

Б

0,65

0,66

0,43

0,26

Н

0,6

0,6

0,38

0,23

М

0,47

0,45

0,28

0,17

7

Б

0,78

0,82

0,54

0,33

Н

0,75

0,78

0,51

0,31

М

0,67

0,68

0,44

0,27

14

Б

0,87

0,92

0,61

0,38

Н

0,85

0,9

0,6

0,37

М

0,81

0,85

0,56

0,34

28

Б

0,93

1,0

0,71

0,45

Н

0,93

1,0

0,7

0,43

М

0,93

1,0

0,67

0,41

56

Б

0,98

1,06

0,8

0,51

Н

1,0

1,08

0,79

0,49

М

1,0

1,12

0,76

0,47

М – медленнотвердеющий портландцемент;
Н – нормальнотвердеющий портландцемент;
Б – быстротвердеющий портландцемент.

Промежуточные значения – определяются интерполяцией;

1 (единица) относительной прочности – прочность бетона через 28 суток при температуре твердения 20 оС. При включении в состав бетонной смеси добавок, способных повлиять на динамику процесса твердения,  –  скорость набора прочности изменяется.

 

Зависимость прочности бетона от уплотнения и водоцеметного отношения:

 

 

Время набора прочности бетона от температуры

Процесс набора прочности бетона

Основная характеристика бетона, которая определила его широкое распространение — это высокая прочность. Материал набирает любую прочность в реальных условиях, так как есть много причин, которые способствуют недобору величины, соответствующей бетону определенной марки. Знание этих причин и их особенностей способствует формированию бетонных фундаментов, конструкций с максимальными эксплуатационными показателями.

Процесс набора

Физико-химические реакции гидратации создают новые монолитные соединения, которые придают материалу свойства искусственного камня. Новое качество формируется в течение многих суток (окончательно примерно через полгода) и в идеале прочностные свойства бетонной конструкции должны соответствовать бетону определенного класса и марки. По времени процесс вызревания камня имеет две последовательные стадии: начальная — схватывание, и завершающая — твердение. По его завершении бетон может нагружаться.

Схватывание

Бетоном пользуются не сразу после затвердения, так как может потребоваться некоторое количество времени, чтобы довезти материал до объекта. Смесь должна оставаться подвижной, чему способствует механическое перемешивание раствора в миксере автосмесителя. Тиксотропия позволяет сохранить основные свойства смеси до ее заливки, откладывая старт начальной стадии созревания. Однако следует знать, что если время затянуть или температура поднимется, развивается необратимый процесс «сваривания» раствора, в результате которого занизятся его характеристики.

Длительность схватывания находится в зависимости от температуры воздуха — от 20 мин. до 20 часов. Наибольшая продолжительность данного процесса зимой при температурных значениях около 0 град. Заливка фундамента в этот период будет сопровождаться удлинением интервала начала схватывания от 6 до 10 часов, а сама стадия растянется на 15 – 20 ч.

Оптимально заливать бетон в форму при 20 градусах. Тогда при условии, что раствор затворен за час до заливки, схватывание начнется через один час и завершится через 60 мин. Жаркая погода способствует практически моментальному схватыванию раствора за 10 – 20 мин.

Оптимальное течение гидратации при твердении раствора: температурный коридор от 18 до 20 град., влажность близкая к 100%. Отклонения от данных параметров в значительной степени изменяют скорость твердения камня. Полное вызревание бетона длиться несколько лет.

Вместе с тем на этой стадии скорость твердения закономерно изменяется со временем. К примеру, для бетона М300 к концу 3-го дня она достигает 50%, на 14–й день составляет до 90%, а на 28 день — 100%. Далее через три месяца прочность повышается еще на 20%, а через 3 года может стать на 100% больше, чем была к концу 28 суток после затворения.

Особенности набора прочности

Снижение температурных показателей среды ведет к замедлению твердения. Нулевая отметка на термометре останавливает процесс из-за замерзания воды в камне (снижается качество бетона), а подъем значений снова его возобновляет. Смесь начинает высыхать при недостатке или отсутствии влаги, однако это может замедлить и остановить правильное твердение, что воспрепятствует набору заданного свойства бетоном. А вот автоклавное отвердение смесей значительно ускоряется при повышенных значениях температурно-влажностного режима: 80 – 90 град. и 100% влажности, что ведет к ускоренному росту прочностных показателей. За счет влаги в воздухе может сокращаться интервал набора прочности раствором, который уложен открыто.

Бетоны более высоких марок (состоят из большего количества цемента лучшего качества) твердеют и набирают прочность быстрее, поэтому обрабатывать их следует более оперативно. В интервале с 3-х по 10-е сутки после укладки нормативный набор прочности бетона обеспечивается близкими к идеальным условиями выдержки. В теплую погоду раствор укрывается влагоемкими материалами, через которые камень увлажняется круглосуточно 6 – 7 раз, и перекрывается плотной пленкой.

В солнечную погоду он укрывается от прямых лучей. Зимой бетон может искусственно прогреваться изнутри, утепляться, обогреваться тепловыми генераторами, чтобы предотвратить замерзание воды, и изолируется от осадков. Важным параметром для продолжения работ является нормативно-безопасный срок набора прочностных свойств. Таблица 1 показывает зависимость от марки бетона и среднесуточной температуры значений прочностных показателей бетонов через соответствующее количество суток.

Нормативно-безопасным сроком созревания бетонов можно считать значение 50%, а безопасным — от 72% до 80% от марочного значения, что, к примеру, важно знать при работах на фундаменте.

От чего зависит набор прочности?

Факторы, которые управляют набором прочностных свойств камня, включают: сколько времени прошло после заливки, температурно-влажностный режим выдерживания, качество (активность) и марку цемента, соотношение воды и цемента в растворе, пропорции компонентов в смеси, способ уплотнения, технологию перемешивания, способ и скорость укладки, качество и регулярность увлажнения, наличие пластификаторов (добавок-ускорителей твердения) в смеси зимой и пр. Поднятие марки бетона зависит от увеличения доли и более высокой марки цемента в смеси, пропорций компонентов. Марка прямо влияет на набор прочности бетона. Для низких марок критическая прочность имеет большее значение. Таблица 2 отражает данную закономерность.

Поэтому прочностью фундамента из бетона высокой марки определяется надежность, долговечность конструкции здания. Камень в холодную погоду приобретает прочность благодаря собственному тепловыделению, но для нормализации графика формирования камня целесообразно применять соответствующие добавки, ускоряющие твердение и снижающие температуру остановки гидратации. С ними смесь набирает марочную прочность уже через 14 суток. Удачным решением также станет изменение составляющих в бетоне. К примеру, глиноземистый цемент набирает прочностные показатели даже в морозы, так как выделяет примерно в 7 раз больше собственного тепла по сравнению портландцементом.

В наборе этого свойства существенную роль играют форма и фракция зерен натуральных наполнителей. Их неправильная форма и повышенная шероховатость обеспечивают лучшие условия сцепления и качество бетона. Известно, что увеличение доли воды в бетонной смеси способно привести к расслоению массы материала. Следствием этого также становится то, что при относительном увеличении доли воды в растворе на 60% от оптимального значения (в/ц = 0,4) происходит недобор прочности на 50% от марочной. Однако при соотношении вода/цемент 1/4 период отвердения (упрочнения) сокращается в два раза.

Чтобы ускорить процесс и минимизировать выдержку бетона, целесообразно применять пескобетоны с низким соотношением вода/цемент. Неуплотненный бетонный раствор имеет шансы вызреть только до 50% от нормативной прочности даже при оптимальном соотношении вода/цемент. Вместе с тем ручное уплотнение способно повысить его прочность на 30 – 40%, а вибротрамбовка повышает прочность до нормативных 95 – 100%.

График набора прочности

Важно знать график набора прочности бетона для прогнозирования последствий изменения температурных условий твердения, которые приводят к увеличению времени выдерживания.

График 1 показывает на примере бетона М400 через сколько суток смесь при фиксированных температурных значениях набирает определенный процент прочности (за сто процентов взят набор марочной прочности за 4 недели). Температурный режим 30 град. является оптимальным для набора нормативной прочности (97%) за 11 дней, а при показателе в 5 град. значение безопасной прочности не будет достигнуто камнем и за 14 дней. В такой ситуации следует разогревать, утеплять укладку. В соответствии с кривыми определяются сроки распалубки при превышении прочностью 50% марочного значения.

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.

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:

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.

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:

Набор бетоном прочности

Содержание статьи:

Схватывание и твердение

Прочность бетона считается его основным свойством и отражает качество монолитной конструкции, так как напрямую связана со структурой бетонного камня. Твердение бетона – сложный физико-химический процесс, при котором взаимодействуют цемент и вода. В результате гидратации цемента образуются новые соединения, и формируется бетонный камень.

При твердении бетон набирает прочность, но происходит это не одномоментно, а в течение длительного периода времени. Набор прочности бетона происходит постепенно – в течение многих месяцев.

Набор прочности условно делят на два этапа:

1. Стадия первая — схватывание бетона

Схватывание происходит в первые сутки с момента приготовления бетонной смеси. Время схватывания бетонной смеси напрямую зависит от температуры окружающего воздуха. При температуре 20 °С процесс схватывания занимает всего 1 час: цемент начинает схватываться примерно через 2 часа с момента затворения цементного раствора, а окончание схватывания происходит примерно через 3 часа. С понижением температуры начало этой стадии отодвигается, а длительность значительно увеличивается. Так, при температуре воздуха около 0 °С период схватывания бетона начинается через 6-10 часов после затворения бетонной смеси и растягивается до 15-20 часов. При повышенных температурах период схватывания бетонной смеси сокращается и может достигать 10-20 минут.

В течение периода схватывания бетонная смесь остается подвижной и на неё можно воздействовать. Благодаря механизму тиксотропии (уменьшение вязкости субстанции при механическом воздействии) при перемешивании несхватившегося до конца бетона, он остается в стадии схватывания, а не переходит в стадию твердения. Именно это свойство бетонной смеси используют при её доставке на бетоносмесителях: смесь постоянно перемешивается в миксере, чтобы сохранить её основные свойства. Во вращающемся миксере автобетоновоза бетон не твердеет в течение длительного времени, но при этом с ним происходят необратимые последствия (говорят бетон «сваривается»), что в дальнейшем значительно снижает его качества. Особенно быстро бетонная смесь сваривается летом.

2. Стадия вторая — твердение бетона

Твердение бетона наступает сразу после схватывания цемента. Процесс твердения и набор прочности продолжается в течение нескольких лет. При этом марка бетона определяется в возрасте 28 суток. Процесс набора прочности и график набора прочности описаны ниже.

Как и сколько бетон твердеет и набирает прочность

Класс бетона по прочности оценивают в возрасте 28 суток. Для испытаний берут образцы в форме стандартного куба со стороной 15 см, испытуемый образец при этом выдерживают при температуре 20±3°С и относительной влажности воздуха 95±5%. Эти параметры хранения бетонной смеси и есть нормальные условия твердения бетона, а сама камера для хранения испытуемых образцов называется камерой нормального хранения (НХ).

При отклонении температуры твердения в большую сторону от «нормальной» получают твердение бетона при повышенной температуре, а при отклонении в меньшую – твердение при пониженной температуре.

В таблице приведена информация о наборе прочности бетона марок М200 — М300 на портландцементе М-400, М-500 в первые 28 суток в зависимости от среднесуточной температуры:

График набора прочности при различных температурах твердения приведен ниже (за 100% берется набор марочной прочности в первые 28 суток):

Для справки: данными вышеприведенной таблицы и графика можно воспользоваться для определения срока распалубки монолитной железобетонной конструкции, который в соответствии с нормативными документами наступает с того момента, когда бетонная смесь наберет 50-80% от своей марочной прочности (подробнее в статьях «Когда снимать опалубку» и «Уход за бетоном»).

Для твердения бетона характерны следующие особенности:

  • чем ниже температура окружающего воздуха, тем медленнее происходит твердение и нарастает прочность;
  • при температуре ниже 0°С вода, необходимая для гидратации цемента, замерзает и твердение прекращается. При последующем повышении температуры твердение и набор прочности возобновляются;
  • при прочих равных условиях во влажной среде к определенному сроку бетон приобретает прочность выше, чем при твердении на воздухе;
  • в сухих условиях дальнейшее твердение замедляется и практически прекращается, из-за отсутствия влаги, необходимой для гидратации цемента;
  • при повышении температуры до 70-90° С и максимальной влажности скорость нарастания прочности значительно увеличивается. Именно такие условия создают при пропаривании бетона паром высокого давления в автоклавах.

Заметим, что скорость набора прочности бетона – величина непостоянная. Твердение имеет наибольшую интенсивность в первые 7 суток с момента заливки бетонной смеси. При нормальных условиях твердения через 7—14 дней бетон набирает 60—70% от своей 28-дневной прочности. В дальнейшем набор прочности не прекращается, но происходит гораздо медленнее, а к трехлетнему возрасту прочность бетона может достигать 200-250% от величины, определенной в возрасте 28 суток.

От чего зависит набор прочности и твердение

На набор прочности бетона влияют множество факторов, среди них можно выделить следующие:

  • тип цемента, используемого при производстве бетонной смеси;
  • температура, при которой происходит твердение бетона;
  • водоцеметное отношение;
  • степень уплотнения бетонной смеси.

Влияние каждого из вышеперечисленных факторов на твердение и набор прочности приведено ниже в виде таблицы и графиков.

Зависимость от типа цемента и температуры твердения:

Ниже приведены данные по набору тяжелым бетоном относительной прочности в зависимости от вышеуказанных двух параметров (типа цемента и температуры твердения).

Набор прочности бетона

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.

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.

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.

В чем суть процесса?

Условно, он делится на 2 этапа:

  1. Схватывание. Этот этап происходит в течение первых 24 часов после замешивания основы. Время схватываемости раствора зависит от показателей температуры в помещении или на улице. И если обеспечить должные условия, то можно ускорить схватывание бетонной массы.
  2. Твердение. Как только основа схватится, то наступает затвердение. Как ни странно, но затвердевание фундамента продолжается в течении 12-24 месяцев. При этом заявленные производителем значения, при обеспечении благоприятных условий, определяется на 28 день после заливки.

Интересно, что во многих источниках можно найти, от чего зависит кинетика набора прочности – температур, время. влажность, качество ингредиентов. Но мало где найдешь ответ на вопрос, за счет чего бетон набирает прочность? Это происходит в процессе гидратации цемента.

В сухом материале присутствуют 4 основных элемента:

  • аллит;
  • белит;
  • трехкальциевый алюминат;
  • четырехкальциевый аллюмоферрит.

Первым при замесе в реакцию вступает аллит, но это самый хрупкий минерал. Далее идут алюминаты и алюмоферриты. Последним в реакцию вступает белит, он же и дает необходимую прочность. При этом он гидратируется постепенно, ежегодно набирая нужные параметры. Даже спустя 50 лет процесс гидратации идет, соответственно, все это время бетон продолжает набирать прочность.

Процесс гидратации цемента начинается с момента смешения с водой и продолжается в течение долгого времени

Что же касается именно бетона, то его параметры зависят от степени гидратации цемента. Если речь идет о низкой степени, то спустя 4 недели она достигнет искомых 90%. В высокопрочном составе через это же время будет только половина (до 49%), и в дальнейшем с течением времени она будет только нарастать. В среднем за 3-5 лет прирост составляет порядка 60%.

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.

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.

Как и сколько бетон твердеет и набирает прочность

Класс бетона по прочности оценивают в возрасте 28 суток. Для испытаний берут образцы в форме стандартного куба со стороной 15 см, испытуемый образец при этом выдерживают при температуре 20±3°С и относительной влажности воздуха 95±5%. Эти параметры хранения бетонной смеси и есть нормальные условия твердения бетона, а сама камера для хранения испытуемых образцов называется камерой нормального хранения (НХ).

При отклонении температуры твердения в большую сторону от «нормальной» получают твердение бетона при повышенной температуре, а при отклонении в меньшую – твердение при пониженной температуре.

В таблице приведена информация о наборе прочности бетона марок М200 — М300 на портландцементе М-400, М-500 в первые 28 суток в зависимости от среднесуточной температуры:

График набора прочности при различных температурах твердения приведен ниже (за 100% берется набор марочной прочности в первые 28 суток):

Для справки: данными вышеприведенной таблицы и графика можно воспользоваться для определения срока распалубки монолитной железобетонной конструкции, который в соответствии с нормативными документами наступает с того момента, когда бетонная смесь наберет 50-80% от своей марочной прочности (подробнее в статьях «Когда снимать опалубку» и «Уход за бетоном»).

Для твердения бетона характерны следующие особенности:

  • чем ниже температура окружающего воздуха, тем медленнее происходит твердение и нарастает прочность;
  • при температуре ниже 0°С вода, необходимая для гидратации цемента, замерзает и твердение прекращается. При последующем повышении температуры твердение и набор прочности возобновляются;
  • при прочих равных условиях во влажной среде к определенному сроку бетон приобретает прочность выше, чем при твердении на воздухе;
  • в сухих условиях дальнейшее твердение замедляется и практически прекращается, из-за отсутствия влаги, необходимой для гидратации цемента;
  • при повышении температуры до 70-90° С и максимальной влажности скорость нарастания прочности значительно увеличивается. Именно такие условия создают при пропаривании бетона паром высокого давления в автоклавах.

Заметим, что скорость набора прочности бетона – величина непостоянная. Твердение имеет наибольшую интенсивность в первые 7 суток с момента заливки бетонной смеси. При нормальных условиях твердения через 7—14 дней бетон набирает 60—70% от своей 28-дневной прочности. В дальнейшем набор прочности не прекращается, но происходит гораздо медленнее, а к трехлетнему возрасту прочность бетона может достигать 200-250% от величины, определенной в возрасте 28 суток.

Контроль за набором прочности бетона

На протяжении первых 5-7 дней следует проводить мероприятия по обеспечению условий для выдержки бетона (увлажнение, электрообогрев, укрывание теплоизолирующими и влагозащитными материалами, обогрев тепловыми пушками). Далее следует уделить особое внимание увлажнению поверхности. При этом через неделю после окончания заливки (при условии, что температура воздуха составляет 25-30°С) конструкцию можно нагружать.

Состав и эксплуатационные данные цемента

Если цемент обладает способностью тепловыделения и сразу после заливки он быстро твердеет, то после замерзания в цементной массе воды процесс твердения неизменно остановится. По этой причине во время строительных работ холодное время года лучше отдавать предпочтение смесям, приготовленным на основе противоморозных добавок.

Так, к примеру, глиноземистая масса после заливки выделяет в 7 раз больше теплоэнергии, нежели обычный портландцемент. Благодаря этому замешанная на основе такого цемента строительная смесь способна быстро набирать прочность даже при температуре ниже 0°С. что, собственно, и обусловлено его популярностью использования в холодное время года.

Стоит отметить и то, что марка цемента также влияет на скорость твердения заливки или кладки. Представленная дальше таблица наглядно демонстрирует эти данные.

Марка цемента

Показатели критической твердости (% от заявленной), минимум

Для предварительно напряженных поверхностей

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.

Процесс набора прочности бетона в зависимости от температуры (СНиП, ГОСТ)

Главное свойство бетонной смеси определяет набор прочности бетона, отражающий качественное состояние монолитной конструкции. Поскольку она находится во взаимосвязи со структурой данного строительного материала, то набор прочности можно поделить на два шага, связанных со схватыванием и затвердеванием бетона. Для последнего характерно наличие физико-химических свойств, возникающих при взаимодействии цемента с водой. Кода идет формирование бетона, то гидратация цемента вызывает образование других соединений.

Схема приготовления бетона.

Как происходит набор прочности бетона

Схватывание состава может произойти в первые дни с того момента, как была изготовлена консистенция из цемента и воды. Время ее схватывания находится в прямой зависимости от температуры воздуха. Если она составляет 20°С, то может понадобиться около одного часа. Поскольку процесс застывания бетона не мгновенный, а достаточно долговременный, то для набора прочности материала может потребоваться несколько месяцев.

Зачастую схватывание цемента происходит приблизительно спустя около двух часов с того момента, как был затворен цементный раствор, а окончательный процесс может начаться приблизительно спустя три часа. Поэтому на данной стадии может помочь ускоритель схватывания бетона.

Изображение 1. График набора прочности бетона.

Начало данной стадии может быть отодвинуто в результате снижения температурного уровня, а ее продолжительность существенно возрастает. Если уровень температуры воздуха составляет 0°С, то начало этапа схватывания может произойти спустя от 6 до 10 часов после того, как произошло затворение смеси. При этом данный процесс способен растянуться на 15-20 часов. Если температуры завышены, то период схватывания бетона может быть сокращен, что составит около 10-20 мин.

Схватывание бетона предполагает то, что данный состав должен оставаться подвижным весь период, что позволяет оказывать влияние на смесь. Механизм тиксотропии, связанный с уменьшением вязкости субстанции в условиях механического воздействия на нее, то есть периодического смешивания бетона, который схватился не полностью, твердение и процесс высыхания бетона не начинаются. Данное свойство учитывают в процессе доставки раствора на бетоносмесителе, поскольку состав при этом должен перемешиваться в миксере, что позволяет сохранять все его важные свойства.

Вращение миксера машины препятствует высыханию цементного раствора, не позволяя твердеть смеси достаточно долго. Возможно и развитие необратимых последствий, которые называют «свариванием» бетона, а это снижает его полезные свойства. Данный процесс особенно быстро может происходить летом.

Вернуться к оглавлению

Что представляет собой процесс твердения бетона

Ниже перечислены особенности, характерные для бетона:

Относительная прочность бетона в разные сроки твердения при различных температурах.

  1. Чем ниже уровень температуры внешней среды, тем медленней твердеет состав и нарастает его прочность.
  2. Если температура не превышает нулевую отметку по Цельсию, то вода в составе начинает замерзать, а твердение смеси уже не происходит. Повышение уровня температуры влечет за собой возобновление твердения.
  3. Влажность среды позволяет всей строительной массе приобретать более высокую прочность, чем в процессе затвердевания бетона вне помещения.
  4. Процесс схватывания бетона может стать замедленным и практически непрерывным при отсутствии влаги, так как именно она необходима в первую очередь при гидратации цемента.
  5. Если температура повышается до 80-90°С, то происходит значительное увеличение скорости процесса нарастания прочности в условиях максимальной влажности.

Пар высокого давления позволяет пропаривать смесь автоклавным способом, что осуществляется только при создании соответствующих условий.

Набор прочности бетона — это непостоянная величина. Если твердение бетона происходит в нормальных условиях, то набор прочности начинается через одну-две недели, что составляет от 60 до 70% от того уровня прочности, который набирается за 28 дней. Далее он продолжается, но очень медленно. С момента, когда была произведена заливка раствора, затвердевание бетона является максимальным.

При правильном течении процесса гидратации должны соблюдаться определенные условия. Уровень влажности должен составлять от 90 до 100%, а температуры — от 18 до 20°С. При нарушении данных условий может произойти изменение времени застывания состава.

Переход воды при отрицательных температурах в твердое состояние вызывает в результате промерзания бетона давление кристаллов льда на массу частиц цемента, что может снижать качество состава.

Таблица соответствия марок и классов бетона.

Смесь начинает затвердевать и при низком уровне влажности. Это вызвано прекращением поступления влаги, что требуется для гидратации цемента.

Если для конструкции характерны идеальные условия, то гидратация возобновляется. Когда подходит к концу уже вторая неделя, то смесь уже имеет прочность, составляющую 80% от основной первоначальной прочности. После этого ее набор замедляется.

На практике по истечении 28 дней завершение набора прочности не происходит, поскольку длительность данного процесса может составлять несколько лет. Когда смесь достигает трехлетнего возраста, то его прочность соответствует 200-250% от величины, характерной для возраста бетона, равного 28 суткам.

Никто не может дать однозначного ответа на вопрос о длительности процессов твердения смеси. Все зависит от той нагрузки, которая запланирована для той или иной конструкции.

Вернуться к оглавлению

Как осуществляют испытания

Например, если планируется строительство забора из металлического сайдинга либо досок, то для его возведения будет достаточно устройства бетонного ленточного фундамента. Если требуется начать строительство дома на бетонном фундаменте, то без помощи специалиста высокой квалификации здесь не обойтись. Процесс набора прочности в зависимости от температуры показан на рисунке (ИЗОБРАЖЕНИЕ 1).

Изображение 2. Таблица набора прочности бетона.

Марочная прочность, которая набрана за 28 суток, на рисунке взята за 100%. Оценка класса бетона производится спустя 28 суток. Осуществление процесса испытаний возможно с использованием образцов, имеющих стандартную кубическую форму. Сторона куба при этом может составлять 15 см. Температура, позволяющая выдержать образец, должна достигать 20°С, а относительная влажность колебаться в пределах 95%. Хранить смесь в виде испытуемых образцов можно в камере нормального хранения в нормальных условиях.

Если уровень температуры твердения отклоняется от нормального в наибольшую сторону, то созревание бетона будет осуществляться в условиях повышенной температуры. Если происходит ее отклонение к наименьшей стороне, то твердение бетона может предполагать сниженную температуру.

В таблице (ИЗОБРАЖЕНИЕ 2) отражена информация, связанная с набором прочности бетонного состава, имеющего марку от М200 до М300, изготавливаемого на основе портландцемента, маркой М-400 или М-500, за первые прошедшие 28 суток, что определяется среднесуточной температурой.

Вернуться к оглавлению

Способы заливки бетона при повышенных температурах

Среди многих факторов, оказывающих влияние на набор прочности бетонного раствора, в большей степени можно отметить следующие:

  1. Соотношение воды с цементом.
  2. Уровень уплотнения смеси.
  3. Тип цемента, необходимый при производстве раствора.
  4. Определенная температура, которая характерна в процессе твердения бетона.

Таблица критической прочности для разных марок бетона.

В подавляющем большинстве случаев, связанных с осуществлением работ с использованием раствора бетона, влияние атмосферных условий может быть слишком далеким от идеальных, поэтому необходимо принятие дополнительных мер. Когда заливка раствора осуществляется в холодный период, то отрицательные температуры требуют обеспечения прогрева смеси.

С этой целью можно применять ряд различных способов. Среди них можно выделить процесс прогрева бетона с применением электрических проводов. При этом заливку раствора делают, используя теплую опалубку. Для предотвращения процесса кристаллизации воды зимой в бетон производится ввод соответствующих антиморозных присадок.

В зимних условиях иногда может быть использован способ, который предполагает гидратацию цемента. С этой целью в бетон добавляют противоморозные вещества в небольших количествах. Температура при заливке смеси должна составлять не менее -15°С. Данные условия связаны с быстрым замерзанием воды и прекращением процесса гидратации, возобновление которого происходит только в весенний период. Применение данного метода способно приводить к процессу снижения качества бетонной конструкции.

Другое экстремальное условие связано с повышенным уровнем температуры окружающего воздуха. Данный случай позволяет увлажнять застывающий раствор. При этом после поливания раствора водой бетон должен быть укрыт специальной пленкой и слоем состава, который имеет битумную основу. Созревание бетона требует осуществления контроля над изменением объема смеси. Превышение в процентах не должно составлять 1% от первоначального уровня показателя.

Отсутствие усадки при этом является идеальным моментом, хотя на практике это не всегда становится возможным. При изменении объемов, которое имеет практическое значение, возможно применение специальных мер, далеко не всегда являющихся эффективными. Если времени на процесс высыхания бетона недостаточно, то на заливке могут появиться трещины, которые способны вызвать понижение прочности всей строительной конструкции.

Влияние повышенных температур на строительный раствор с естественным вулканическим пеплом и его смесью со шлаком электродуговых печей

Механическое поведение базальтового вулканического пепла (VA) и летучей золы (FA) в качестве замены цемента при повышенных температурах в основном исследуется в текущее исследование. Для этого содержание цемента было частично заменено с присутствием шлака электродуговой печи (S) и без него. Были выбраны четыре различных диапазона температур (200 ° C, 400 ° C, 600 ° C и 800 ° C), и модифицированные смеси подвергались воздействию этих постепенно повышающихся температур.Образцы были отверждены и охлаждены с использованием методов воздушного и водяного охлаждения. Результаты испытаний были установлены путем изучения веса образцов и прочности на сжатие до и после воздействия каждого температурного уровня. Пуццолановый потенциал образцов вулканического пепла и летучей золы был определен с помощью индекса силовой активности. Проанализировав результаты испытаний, было обнаружено, что существует значительное влияние на прочность на сжатие строительных смесей на ранних этапах набора прочности. Однако на более поздних этапах отверждения образцы, модифицированные вулканическими веществами и летучей золой с присутствием шлака электродуговых печей, показали лучшие характеристики, чем контрольная смесь, с точки зрения прочности и потери веса.

1. Введение

Бетон нередко подвергается воздействию повышенных температур, особенно когда бетон используется в печах, дымоходах, ядерных реакторах и подвергается опасности возгорания. Бетон считается одним из хороших огнестойких материалов, но в прошлом он демонстрировал серьезные повреждения и даже разрушался при высоких температурах, особенно при высокой прочности бетона [1]. Воздействие огня на бетон и его температурная история были предметом пристального интереса исследователей на протяжении многих лет.Составной компонент бетона, такой как цементное тесто, подвергается последовательности реакций разложения, которые в большинстве случаев необратимы. Хармати [2] провел термоаналитические испытания и предложил термогравиметрические методы измерения температуры бетона при случайном пожаре. Поведение бетона изменяется под воздействием огня при высоких температурах, и его механические свойства, такие как прочность на сжатие, коэффициент Пуассона и жесткость, сильно меняются, что может привести к полному разрушению или разрушению структурных систем [3–10].Значительное изменение физического и химического состава бетона было засвидетельствовано Хури и др., Когда бетон подвергался воздействию высоких температур [11]. Он обнаружил, что химически связанная вода выделяется из гидратов силиката кальция, когда связующая паста бетона сталкивается с температурами выше 110 ° C. При повышенных температурах дегидратированный силикат кальция и расширение заполнителей вызывают внутренние микротрещины в структуре бетона, особенно при повышении температуры до 300 ° C [12].При 450 ° C гидроксид кальция начинает разлагаться, и кристаллические структуры кварца изменяются с формы a на форму b. Когда температура поднимается выше 530 ° C, Ca (OH) 2 диссоциирует, вызывая интенсивное растрескивание в результате усадки на поверхности бетона и приводит к увеличению порового давления, которое влияет на проницаемость бетона [4, 5, 13, 14]. Разложение геля C-S-H наблюдается при повышении температуры до 600 ° C. Бетон крошится при температуре 800 ° C, и выше этой температуры бетон теряет свою прочность и прочность [11].Влияние высоких температур проявлялось в виде сколов и растрескивания бетона [3, 7, 9, 15–17].

Структурные повреждения возникают при длительном воздействии огня на раствор или бетон [18]. Термические свойства бетона изменяются при повышенных температурах из-за изменения содержания влаги и разложения различных продуктов гидратации. Термостойкость бетона зависит от различных факторов, таких как скорость нагрева, скорость охлаждения, скорость нагрузки, продолжительность выдержки и содержание влаги [19].Хорошо гидратированная цементная паста в основном состоит из гидрата силиката кальция, гидроксида кальция и гидрата алюмината сульфата кальция. Насыщенная паста также содержит большое количество свободной воды, капиллярной воды и гелевой воды (химически связанной воды). Повреждающее действие Ca (OH) 2 можно уменьшить, используя различные пуццоланы, такие как летучая зола, шлак, микрокремнезем, глина и вулканический пепел, в качестве замены цемента в бетоне. SiO 2 , присутствующий в этих пуццоланах, реагирует с Ca (OH) 2 , и побочный продукт реакции гидратации образует гидраты силиката кальция.В результате количество Ca (OH) 2 уменьшается, а C-S-H увеличивается, что улучшает характеристики при повышенных температурах [20, 21].

Было проведено множество исследований для оценки эффективности пуццоланового раствора и бетона при повышенных температурах. Саршар и Хури [22] обнаружили, что паста, содержащая 30% летучей золы в качестве замены цемента, демонстрирует остаточную прочность на сжатие почти вдвое по сравнению с контрольными образцами при 400 ° C и 600 ° C. Yazici et al.[23] изучали прочность на сжатие строительного раствора, содержащего летучую золу, микрокремнезем и пемзу, при повышенных температурах. Они обнаружили, что пемзовый строительный раствор показал самую низкую прочность, в то время как микрокремнезем показал самые высокие значения прочности на сжатие при всех повышенных температурах. Пун и др. [24] оценили характеристики бетона, содержащего метакаолин, который используется в качестве замены цемента при повышенных температурах. Результаты экспериментов показали, что бетон на основе метакаолина показал пониженную прочность по сравнению с образцами без нагрева, когда он подвергался повышенным температурам (400 ° C, 600 ° C и 800 ° C) при всех процентах замены.При 200 ° C наблюдалось небольшое увеличение прочности. Они также продемонстрировали, что более высокий процент замены дает гораздо меньшую прочность и высокие потери в долговечности. Ибрагим и др. [25] исследовали огнестойкость высокопрочного раствора с большим объемом летучей золы и нанокремнезема. По результатам испытаний они обнаружили, что строительный раствор на основе летучей золы и микрокремнезема демонстрирует почти равную или лучшую остаточную прочность при 400 ° C и 700 ° C по сравнению с контрольными образцами. Лучшие характеристики строительного раствора на основе летучей золы и микрокремнезема при повышенных температурах были обусловлены стабильной микроструктурой и уменьшенным распределением пор по размерам.Надим и др. [26] оценили прочность на сжатие и долговечность летучей золы и метакаолинового раствора при повышенных температурах. Результат показал, что смесь летучей золы (20%) показала лучшие характеристики по сравнению со всеми другими смесями. Они также продемонстрировали, что 400 ° C является критической температурой для прочности и долговечности строительного раствора при воздействии повышенных температур. Khandaker и Hossain [27] оценили характеристики вулканического пепла, включающего высокопрочный бетон (0–20%), подверженный воздействию повышенных температур.Они обнаружили, что при 200 ° C бетон из вулканического пепла показал более прочный результат по сравнению с контрольными образцами. Они также продемонстрировали, что бетон, содержащий более высокий процент замещения вулканического пепла, дает большую остаточную прочность по сравнению с контрольным образцом при повышении температуры с 200 ° C до 800 ° C. Бетон из вулканического пепла также показал меньше сколов и трещин по сравнению с контрольными образцами.

В западном регионе Королевства Саудовская Аравия имеются обширные запасы базальтового вулканического пепла.Западная Саудовская Аравия содержит огромное количество лавовых и шлаковых конусов в районе, известном как Харрат. Вулканический базальтовый пепел присутствует внутри или по периферии этих конусов [28–31]. Многие исследователи оценили пуццолановый потенциал базальтового вулканического пепла, когда он используется в качестве замены цемента в растворе и бетоне. Они обнаружили, что до 20% замещения цемента вулканическим пеплом дает лучшие прочностные и долговечные свойства при нормальной температуре отверждения [32–38]. Никакие исследования еще не оценили эффективность этого местного базальтового вулканического пепла в растворе и бетоне при повышенных температурах.Таким образом, основное внимание в настоящем исследовании уделяется оценке характеристик раствора из базальтового вулканического пепла при воздействии повышенных температур (200 ° C, 400 ° C, 600 ° C и 800 ° C) вместе с летучей золой ( FA), широко известный пуццолан, в качестве справочного материала. Кроме того, в качестве добавки использовался шлак электродуговой печи из-за его очень мелкого размера частиц. Различные тесты производительности, такие как прочность на сжатие и потеря веса, были выполнены на образце строительного раствора до и после воздействия повышенных температур.

2. Материалы и методы

В этом исследовании использовался доступный на месте портландцемент типа I, производимый Saudi Cement Factory [39]. Мелкий заполнитель, соответствующий требованиям стандарта ASTM C109 и ISO, был использован для приготовления образцов раствора. Модуль крупности стандартного песка составил 2,54. Гранулометрический состав мелкозернистого заполнителя был рассчитан в соответствии с ASTM C125 [40], как показано в таблице 1. Химические и физические характеристики цемента и всех других материалов, таких как вулканический пепел (VA), летучая зола (FA) и электродуговая печь. шлаки (EAFS) указаны в таблице 2.


Номер сита Размер сита (мм) Остаточный вес (г) Сохраненный вес (%) Совокупное прохождение (%) Совокупное удержание (%)

3/8 дюйма 9,5 0 0 100 0
Номер 4 4,75 0 0 100 0
Номер 8 2.36 0 0 100 0
Номер 16 1,18 134 26,8 73,2 26,8
Номер 30 0,600 179 35,8 37,4 62,6
Номер 50 0,300 49 9,8 27,6 72,4
Номер 100 0,150 98.8 19,76 7,84 92,16
Поддон 39,2 7,84 0
Модуль дисперсности (FM) = (0 + 0 + 0 + 26,8 + 62,6 + 72,4 + 92,16) / 100 = 2,54 .


C FA VA EAFS

Физические свойства 900
Удельный вес (г / см 3 ) 3.15 2,83 2,64 3,69
Тонкость помола (м 2 / кг) (белая) 344
Тонкость помола (м 2 / куб. ) (microtrac S3500) 0,5670 1,027 1,194 (˂20 µ ) 1,399 (˂45 µ )
Химические свойства (оксиды, мас.%)
SiO 2 20.9 51,5 46,4 16,1
Al 2 O 3 5,18 24,3 14,4 3,80
Fe 2 O 3 8,87 12,8 31,7
(SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ) 84,7 73,6 51.6
CaO 63,9 5,15 8,80 30,6
MgO 1,65 3,50 8,30 9,84
Na 2 O 0,10 3,80 0,56
K 2 O 0,52 1,47 1,90 0,18
SO 3 2.61 0,23 0,80 Менее 0,1
LOI 2,51 0,25 2,80 Не воспламеняется
Соединения (%)
C 2 S 52,1
C 3 S 19,6
C 3 A 8.17
C 4 AF 8.81

ASTM C618-15; LOI = потери при возгорании.
2.1. Вулканический пепел

Образование обширного поля базальтовых потоков из-за вулканической активности произошло 25 миллионов лет назад в западном регионе Королевства Саудовская Аравия, известном как Харрат [28].Эти олени распространены на территории 900 000 км2. У этих оленей были обнаружены сотни шлаковых шишек. Эти конусы полностью или частично сформированы из шлакового материала. Многие исследователи исследовали химический и пуццолановый потенциал этих шлаковых материалов, полученных из шишек различных видов. Результат химического анализа показал высокий процент кремнезема (35–49,5%) во всех образцах, а также было обнаружено, что почти 97% образцов показали положительную пуццолановую активность [32].В текущем исследовании шлаковый материал был собран в Харрат Рахат, карьер Джебель Хада в провинции Медина, Саудовская Аравия. Базальтовый вулканический пепел мелкого помола (30 µ м) был предоставлен компанией Supper Burkanni Block Company в Джидде. Затем мелкодисперсный материал пропускали через сито (# 635), чтобы получить ультратонкий материал.

2.2. Шлак электродуговой печи

Шлак электродуговой печи является побочным продуктом сталелитейной промышленности. Шлак EAF образуется, когда стальной скребок вместе с чушковым чугуном подается в электродуговую печь для производства стали [41].Королевство Саудовская Аравия использует дуговые печи для производства стали. Таким образом, в качестве побочного продукта образуется огромное количество шлака из ДСП. Расчетный годовой объем производства шлака из ДСП составляет около 350 000 тонн. В недавнем прошлом шлаковый агрегат из ДСП успешно применялся в дорожной и бетонной промышленности [42]. Другие исследователи изучали возможность использования шлака из ДСП в качестве заменителя цемента в устойчивой бетонной промышленности [43]. Но они обнаружили, что шлак из EAF обладает незначительными вяжущими свойствами и очень низкой пуццолановой реакционной способностью из-за его кристаллической природы.Таким образом, в этом исследовании местный агрегат шлака из EAF был собран со сталелитейного завода SABIC. Их агрегаты подвергали различным процессам измельчения, изменяя время измельчения, количество оборотов в минуту, а также мелющие шары и материал барабана для получения мелкодисперсного шлака с использованием лабораторной планетарной мельницы Pulverisette-5. После оптимизации процесса измельчения агрегаты шлака ДСП были помещены в размольный стакан из вольфрама вместе с 5 мелющими шарами из того же материала и подвергнуты измельчению в течение 30 мин в трех циклах, каждый по 10 мин и перерывом в 10 мин. были предусмотрены между двумя циклами, чтобы поддерживать температуру барабана на низком уровне, что было необходимо для эффективного измельчения.

2.3. Летучая зола

Летучая зола — это мелкие сферические частицы, образующиеся в качестве побочного продукта при сжигании угля в качестве источника энергии на тепловой электростанции [44]. Летучая зола — это пуццолановый материал, поэтому она широко применяется в цементной и бетонной промышленности. Расчетное годовое производство летучей золы составляет 500 миллионов тонн [45]. Прошедшие исследования показали, что использование летучей золы в качестве частичной замены цемента улучшает его свойства в свежем виде, увеличивает прочность на старение, повышает долговечность и повышает устойчивость цементной и бетонной промышленности.В текущем исследовании коммерчески доступная зола-унос (класс F) используется в качестве эталонного пуццоланового материала.

3. Пропорция смеси, подготовка образцов и отверждение

Наряду с контрольной смесью (C) были приготовлены две бинарные и две тройные строительные смеси путем замены 20% цемента другим материалом и их комбинациями. Предыдущие исследования показывают, что замена 20% цемента на VA и FA обеспечивает оптимальную производительность [46, 47]. Поэтому в настоящем исследовании на начальном этапе бинарные смеси были приготовлены путем замены 20% цемента на VA и BFA.На втором этапе были разработаны тройные смеси путем замены цемента на BVA и FA в том же количестве (т.е. 20%), и 10% EAFS использовалось в качестве добавки. Подробные сведения о различных пропорциях смеси представлены в Таблице 3.

9003 0600

Объем партии (г) для девяти 50 мм 3 образцов раствора
ID смеси Замена цемента ( %) W C FA VA EAFS (S) Песок (и)

Контрольный раствор (C) 0 364 750 0 0 0 2063
20% FA (FA20) 20 364 600 150 0 0 2063
20% VA ( VA20) 20 364 600 0 150 0 2063
20% FA + 10% EAFS (FA20S10) 20 364 150 0 75 2063
20% VA + 10% EAFS (VA20S10) 20 364 600 0 150 75 2063

Все образцы для испытаний были приготовлены в соответствии со схемой смеси ASTM C 109 [48], как указано в (1).Смешивание всех испытуемых образцов было тщательно выполнено стандартной процедурой смешивания, как описано в ASTM C-305 [49]. Чтобы изучить влияние замены BVA и FA цементом на прочность на сжатие, был подготовлен набор из трех кубиков размером 50 × 50 × 50 мм на каждый день испытаний (т.е. 7, 28 и 91 день отверждения). На первом этапе образцы отливали в соответствии с 7, 28 и 91 днями отверждения при комнатной температуре для проверки прочности на сжатие, а на втором этапе образцы, отвержденные 91 день, подвергались воздействию различных повышенных температур (200, 400, 600 и 800 ° C), а затем охлаждение путем воздействия на образцы воздуха и воды:

4.Воздействие огня и методы охлаждения

Перед тепловым воздействием образцы сначала сушили при 100 ± 5 ° C в печи в течение 24 часов для удаления капиллярной воды, чтобы снизить риск растрескивания, а затем помещали в печь, внутренняя температура которой была увеличена с комнатной температуры до 200, 400, 600 или 800 ° C. Температуру применяли с нарастающей скоростью 3,3 ° C в минуту от комнатной температуры, равной 22 ° C, и максимальную температуру поддерживали в течение 2 часов для достижения теплового равновесия в центре образцов [50].На рис. 1 показана температурно-временная зависимость печи при тепловом воздействии. Через 2 часа печь выключали, и образцы оставляли охлаждаться внутри печи в течение 2 часов (рис. 2), после чего образцы вынимали из печи. Половине образцов давали медленно остыть в течение 24 часов на воздухе при температуре окружающей среды, а другую половину охлаждали в воде, чтобы изучить влияние метода охлаждения на прочность на сжатие. После водяного охлаждения образцы снова помещали в печь при 100 ± 5 ° C на 24 часа для сушки поверхности образцов.Наконец, все образцы были тщательно запечатаны полиэтиленовой пленкой, чтобы предотвратить регидратацию до испытания на сжатие.



5. Процедуры и методы тестирования
5.1. Испытание на прочность при сжатии

Все кубики раствора были испытаны на сжатие с использованием универсальной испытательной машины. Во время испытания на сжатие скорость нагружения 1 мм / мин поддерживалась, как указано в стандарте ASTM C 109. Для каждого параметра исследования (например, типа образца, теплового воздействия и метода охлаждения) среднее значение трех кубических испытаний » Сообщается о результатах.

5.2. Измерение потери веса

Измеряли вес каждого образца до и после воздействия повышенной температуры. Затем рассчитывалась потеря веса как отношение первоначальной массы до нагревания к остаточной массе после воздействия указанной повышенной температуры.

5.3. Анализ размера частиц

Анализ размера частиц всех образцов (рис. 3) в порошковой форме был проведен с использованием Microtrac S3500. Кривые гранулометрического анализа цемента, вулканического пепла, летучей золы и шлака из ДСП приведены на рисунке 4.Кривые показывают, что все материалы-заменители мельче цемента. EAFS — это самый тонкий материал, и из-за его высокой дисперсности он используется в качестве добавки для увеличения внутренней упаковки растворной смеси. Размеры d 10 , d 50 и d 90 также были рассчитаны для всего материала, использованного в этом исследовании, и приведены в таблице 4.



4,650

Материалы Среднее значение ( µ м) Стандартное отклонение ( µ м) d 10 ( µ м) d 50 µ м) d 90 ( мкм )

Цемент 10.58 10,01 0,954 4,440 28,63
FA 5,840 4,000 0,694 1,819 13,59
VA (˂20 µ ) 5,020 5,020 0,823 2,368 12,77
EAFS (˂45 µ ) 4,290 1,681 0,564 1,057 7,950


900 .Результат и обсуждение
6.1. Химический анализ и индекс силовой активности

Пуццолановый потенциал базальтового вулканического пепла оценивался в соответствии с ASTM C618. Результат химического анализа показывает, что сумма SiO 2 , Al 2 O 3 и Fe 2 O 3 составляет 84,65%, что соответствует минимальному требованию (70%), установленному стандартом. Кроме того, сумма SO 3 составляет 0,10, а LOI — 2,71; оба эти значения попадают в пределы, установленные ASTM C618.Результат химического анализа показывает, что индекс прочностной активности используется для оценки реакционной способности минеральной добавки с цементом. Согласно ASTM C618 [50], значение индекса силовой активности для каждой смеси должно составлять не менее 75%, что означает, что раствор, содержащий SCM, должен иметь прочность на сжатие, равную 75% контроля через 7 и 28 дней. Индекс силовой активности рассчитывали согласно ASTM C311 [51]. В таблице 5 показаны результаты прочности на сжатие всех смесей, подвергнутых стандартному отверждению (отверждение в воде при 20 ° C), а также значения их индекса прочности.Результаты показывают, что все бинарные и тройные смеси, содержащие SCM (FA, VA и EAFS в качестве добавки к FA и VA), достигли прочности на сжатие более 75% эталонного образца (C) во всех возрастах.


ID смеси Прочность на сжатие (МПа) Индекс прочности (%)
7 дней 28 дней 91 дней 7 дней 28 дней 91 день

C 40.9 53,6 61,3
FA20 32,3 41,5 57,3 79,0 77,4 93,5
VA20 31,7 46,4 57,1 77,5 86,6 93,1
F20S10 38,7 50,3 69,8 94,6 93,8 113.9
V20S10 38,1 52,7 70,0 93,2 98,3 114,2

6.2. Потеря веса

На рисунках 5 (a) и 5 ​​(b) показано влияние повышенных температур на потерю веса C, FA20, VA20, F20S10 и V20S10 при воздушном и водяном охлаждении соответственно. Остаточный вес (%) по вертикальной оси на рисунке 5 является мерой оставшегося веса в процентах по сравнению с весом образца при комнатной температуре.Остаточный вес образцов оценивался в четырех различных диапазонах температур, то есть 200 ° C, 400 ° C, 600 ° C и 800 ° C. Для всех испытанных образцов с повышением температуры потеря веса увеличивается для образцов с воздушным охлаждением, как показано на рисунке 5. В случае образцов с воздушным охлаждением, от 20 до 200 ° C, образец FA20 показал самое высокое снижение среди всех, тогда как контрольный образец и V20S10 показали минимальное значение. F20S10 и VA20 показали более высокую потерю веса, чем FA20 и C, но меньшую, чем FA20.Потеря веса в этом диапазоне температур в основном объясняется испарением влаги с поверхности образца в атмосферу. Подтверждающим доказательством этого аргумента является меньшая потеря веса испытуемых образцов или ее почти полное отсутствие при охлаждении под водой, как показано на рисунке 5 (б). При повышении температуры от 200 до 400 ° C снижение веса значительно увеличивается, особенно для образцов с водяным охлаждением. В обоих условиях охлаждения контрольные образцы показали максимальный сохраненный вес, за которым следовали V20S10, VA20, F20S10 и FA20.В этом диапазоне температур аналогичное уменьшение веса образцов наблюдалось как в условиях охлаждения на воздухе, так и в условиях водяного охлаждения: например, процентное содержание, оставшееся в условиях охлаждения на воздухе (при 400 ° C), оказалось равным 97,7, 97, 96, 95,7 и 95,4 по сравнению со значениями водяного охлаждения 98%, 97,1%, 96,6%, 96% и 95,7% для образцов C, V20S10, VA20, F20S10 и FA20 соответственно. Наибольшая потеря веса наблюдалась у образца F20S10 — 3,1% (с 98.От 7% до 95,6%) для условий воздушного охлаждения и 3,4% (от 99,4 до 96%) для условий водяного охлаждения. Этот температурный диапазон показал максимальную потерю веса, которая могла быть связана с дальнейшим испарением остаточной влаги, сохраняющейся на уровне температуры 200 ° C. Для обоих случаев охлаждения процентное снижение потери веса было меньше в диапазоне температур от 400 ° C до 600 ° C по сравнению с 200 ° C до 400 ° C, как показано на рисунках 5 (a) и 5 ​​(b). При дальнейшем повышении температуры с 600 ° C до 800 ° C уменьшение или очень небольшое уменьшение веса образца практически не наблюдалось.Потеря веса в вышеупомянутых диапазонах температур в основном объясняется испарением свободной воды и связыванием воды через структуру C-S-H и последующим разложением Ca (OH) 2 . Это изменило жесткость и механические свойства вещества, что привело к снижению прочности на сжатие. FA20 показал максимальную потерю воды, которая могла быть связана с более высоким удерживанием воды в присутствии летучей золы.

6.3. Остаточная прочность на сжатие при повышенной температуре при воздушном и водяном охлаждении

На рисунках 6 (a) и 6 (b) показана прочность на сжатие образцов раствора с различными пуццолановыми материалами при повышенных температурах для образцов, охлажденных на воздухе и в воде, соответственно.Чтобы лучше проследить пуццолановый эффект при пожаре, результаты представлены в форме прочности на сжатие и отношения остаточной прочности на сжатие. Вертикальная ось слева показывает значения остаточной прочности на сжатие, а справа — коэффициент остаточной прочности, который рассчитывается путем деления остаточной прочности образцов на сжатие на их 28-дневную прочность на сжатие до теплового воздействия. Все образцы подвергались воздействию четырех различных диапазонов температур: от 200 ° C до 400 ° C, 600 ° C и 800 ° C соответственно.

При повышении температуры до 200 ° C наблюдалось значительное увеличение прочности на сжатие всех образцов. Это увеличение прочности было самым высоким в случае контрольного образца и самым низким для образца V20S10. Этот прирост высокой прочности в случае контрольных образцов объясняется, главным образом, потерей свободной воды, которая увеличивает трение между плоскостями разрушения, вызывая более высокие значения прочности. Другой причиной может быть процесс гидратации и химического связывания неактивных вяжущих частиц при повышенных температурах.Рисунок 6 (а) также показывает значительное увеличение остаточной прочности на сжатие VA20. Это могло быть связано с его более высокими показателями тонкости, которые вызвали пуццолановую реакцию мелких частиц золы. При том же уровне нагрева, 200 ° C, не наблюдалось значительного увеличения прочности на сжатие образцов строительного раствора, когда образцы охлаждались под водой, как показано на рисунке 6 (b). В случае контрольного образца было замечено небольшое снижение прочности. Это может быть связано с более медленной каталитической гидратацией и химическим связыванием, которое произошло из-за быстрого охлаждения, обеспечиваемого водой.Кроме того, резкое изменение температуры между поверхностью и сердцевиной образца из-за водяного охлаждения приводит к образованию микротрещин, что также является одной из причин снижения прочности на сжатие [52]. На рис.7 показаны микротрещины на поверхности кубика раствора после водяного охлаждения. Наблюдалось очень небольшое увеличение отношения остаточной прочности F20V10, и это увеличение было меньшим, чем увеличение прочности при охлаждении образцов на воздухе после нагрева до 200 ° C.


Когда образцы нагревали до 400 ° C, наблюдалось снижение прочности образцов раствора, как показано на рисунках 6 (а) и 6 (б).На рисунке 6 (а) можно увидеть, что это снижение прочности было больше, когда образцы охлаждались на воздухе. Основная причина заключается в том, что гидратированный цемент содержит большое количество свободного Ca (OH) 2 , который теряет воду при температуре выше 400 ° C. Если цемент подвергается влажному состоянию (например, водяному охлаждению) после воздействия огня, он регидратируется до гидроксида кальция, что увеличивает его прочность по сравнению с образцом с воздушным охлаждением после воздействия огня [53].

В случае контрольных образцов прочность на сжатие стала равной значению, соответствующему отсутствию нагрева, что показывает, что увеличение прочности до 200 ° C почти равно потере прочности при 400 ° C.Аналогичное явление наблюдалось в случае FA20, VA20 и VA20S10. Когда образцы охлаждали под водой после нагрева до 400 ° C, наблюдалось небольшое снижение прочности на сжатие (рис. 6 (б)). Однако при 400 ° C и VA20S10, и FA20S10 показали лучшую прочность, чем контрольный образец, независимо от метода охлаждения, поскольку добавление шлака снижает обезвоживание цемента и формирует новый гидратированный продукт со шлаком. На рисунке 8 показаны режимы разрушения образцов VA20 и VA20S10 с воздушным охлаждением, испытанных на сжатие после выдержки до 400 ° C.На рисунке 8 (а) для образца VA20 без шлака, скалывание вполне очевидно из-за дегидратации Ca (OH) 2 , тогда как для образца VA20S10 наблюдалось только раздавливание (рисунок 8 (b)) без выкрашивания, как добавление шлака препятствует обезвоживанию раствора и образует новый гидратированный продукт.

При 600 ° C все образцы раствора потеряли значительную прочность на сжатие, как показано на рисунках 6 (а) и 6 (б). Коэффициент остаточной прочности или остаточной прочности был снижен со 100% до 74%, 73%, 68%, 65% и 62% для C, FA20, VA20, FA20S10 и VA20S10, соответственно, при воздушном охлаждении, как показано на рисунке 6. (а).Все эти образцы показали более высокое снижение прочности на сжатие при охлаждении с использованием воды, как показано на Рисунке 6 (b). Например, остаточная прочность 52%, 56%, 54%, 47% и 49% была замечена для C, FA20, VA20, FA20S10 и VA20S10 соответственно. На этом температурном уровне трудно различить эффективность различных пуццолановых материалов в отношении прочности раствора на сжатие из-за низкого уровня стабильности, достигаемой после нагрева образцов при повышенной температуре 600 ° C.Это снижение прочности в основном объясняется разложением C-S-H и дегидратацией гидроксида кальция до свободной извести. Из-за этих изменений объем цементного продукта увеличивается, а когезия в матрице раствора уменьшается, что приводит к образованию микротрещин внутри раствора. Это явление значительно снижает общую прочность раствора. Хотя соотношение остаточной прочности FA20S10 и VA20S10 было самым низким среди всех, все же эти две строительные смеси показали самую высокую прочность как при воздушном, так и при водяном охлаждении.Эта более высокая прочность вышеупомянутых пуццолановых смесей обусловлена ​​их способностью частично заменять C-H и обеспечивать более высокую стойкость к разложению при повышенных температурах.

Воздействие температуры нагрева от 600 до 800 ° C привело к дальнейшему снижению прочности. Хотя при охлаждении образцов на воздухе наблюдалось быстрое снижение прочности, образцы с воздушным охлаждением показали сравнительно высокую прочность, чем образцы с водяным охлаждением, как показано на рисунках 6 (а) и 6 (b). Однако в обоих методах охлаждения образцы пуццоланового раствора показали более высокую прочность, чем контрольные образцы, а VA20S10 показал максимальную прочность на сжатие.В случае воздушного охлаждения остаточная прочность на сжатие варьируется от 28 до 21 МПа для VA20S10 и контрольных образцов соответственно, тогда как эти соответствующие значения для водяного охлаждения составляют от 24 до 10 МПа. Наибольшее снижение остаточной прочности наблюдалось в случае контрольных образцов, которые снизились с 74 до 34% для воздушного охлаждения и с 52 до 16% для водяного охлаждения, как показано на рисунках 6 (а) и 6 (b). Например, вновь образованный состав при 600 ° C подвергается перекристаллизации, и в массе строительного раствора происходит быстрое расширение и усадка.Из результатов испытаний видно, что VA20S10 показал хорошее поведение при нагревании по сравнению с другими. Основная причина заключается в образовании C-S-H-подобного геля, когда негидратированный шлак реагирует с гидроксидом кальция при более высокой температуре (400–800 ° C), и этот эффект также доказан в аналогичном исследовании с участием шлака [54].

7. Выводы

Результат, представленный в этой статье, показывает характеристики базальтового вулканического пепла, когда он подвергается воздействию повышенных температур, а затем охлаждается в двух различных условиях, то есть воздух и вода.Прочность на сжатие и потерю веса были рассчитаны на основе экспериментального испытания. Экспериментальный результат и наблюдения, сделанные в этом исследовании, привели к следующим выводам: (1) Химический анализ подтвердил пуццолановый потенциал локально доступного базальтового вулканического пепла. Природные пуццоланы обладают способностью заменять цемент до 20% без значительного снижения потери прочности в более позднем возрасте. (2) Результаты экспериментов показали, что на остаточные свойства всех строительных смесей значительно влияет методика охлаждения.При одинаковой температуре растворные смеси показали лучшую остаточную прочность на сжатие при охлаждении на воздухе по сравнению с водяным охлаждением. С другой стороны, водяное охлаждение приводит к снижению значений потери веса, за исключением образцов с FA (20%). Потеря веса и прочности при повышенных температурах в основном происходит из-за испарения свободной воды с последующим удалением связанной воды через C-S-H и последующим разложением Ca (OH) 2. (3) Присутствие шлака не могло быть положительным фактором в раннем возрасте отверждения.Однако увеличение времени отверждения показало, что значения прочности даже выше, чем у контрольного образца. В частности, прирост прочности в случаях FA20S10 и VA20S10 в основном объясняется эффектом уплотнения, обеспечиваемым мелкодисперсными частицами шлака электродуговой печи, а также в некоторой степени цементирующей природой шлака электродуговой печи. Более того, смесь этих пуццолановых материалов привела к образованию тугоплавких соединений минералов, которые могут сохранять значительную прочность даже при повышенных температурах.(4) Среди различных смешанных образцов VA20S10 показал лучшее поведение при повышенных температурах. Это связано с присутствием сверхмелкозернистого шлака в качестве добавки, которая задерживает дегидратацию цементных смесей, удерживая свободную воду в течение значительного времени при высоких температурах.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Это исследование было поддержано деканатом научных исследований (DSR) Университета короля Фейсала (KFU) в рамках его «Семнадцатого ежегодного исследовательского проекта №.170085. » Авторы выражают благодарность за финансовую поддержку, благодаря которой это исследование стало возможным.

Сколько времени требуется для отверждения раствора?

По мере того, как строительные проекты продвигаются, может быть интересно достичь финальной стадии. Завершающие штрихи на недавно реконструированных или отремонтированных поверхностях приводят к привлекательной эстетике. Нанесение раствора на плитку или другую кладку придаст окончательный блеск вашей тяжелой работе. Как и бетон, раствор требует тщательного планирования и выполнения, чтобы обеспечить идеальную прочность отверждения и прочную отделку.Давайте подробнее рассмотрим, что влияет на время схватывания строительного раствора и на прочность различных растворов.

ЧТО ТАКОЕ РАСТВОР?

Раствор… Затирка, в чем разница?

Миномет

Раствор представляет собой смесь песка, воды, извести и цемента. Он используется для соединения тяжелых материалов (например, кирпичей и камней) и обеспечения структурной целостности. Его также можно использовать для более тонких материалов (например, плитки), чтобы создать связь между плиткой и основанием.Раствор имеет более низкое содержание воды, чем раствор, и его следует делать только с таким количеством воды, чтобы он получился гладким и маслянистым по консистенции.

Раствор

Затирка — это текучая паста, которая используется для заполнения щелей или промежутков между плитками, которая используется после того, как раствор затвердел. Он имеет более высокое содержание воды, чем строительный раствор, что облегчает его нанесение. Затирка из-за своей более тонкой консистенции не может заменить строительный раствор.

ВИДЫ РАСТВОРОВ

Существует множество различных типов строительных растворов, каждый из которых идеально подходит для различных областей применения.Каждый тип отверждается с разной прочностью на сжатие, и его следует тщательно выбирать, чтобы убедиться, что ваш раствор соответствует требуемой прочности отверждения.

Тонкий комплект

Раствор с тонким слоем также известен как раствор для сухого схватывания или сухой связующий раствор. Он содержит водоудерживающую добавку, которая способствует процессу отверждения и гидратации. Чаще всего используется для плитки и столешниц. Для затвердевания тонкого раствора требуется от 24 до 48 часов. Thinset выпускается в различных смесях, которые можно использовать для самых разных плиток и материалов.У каждого типа плитки разные требования к прочности отверждения, поэтому убедитесь, что вы выбрали правильный раствор для плитки.

Кирпичный раствор

Кирпичный раствор изготавливается из портландцемента и используется для строительных и несущих конструкций. Он достигнет 60% своей прочности в течение первых 24 часов, а для полного отверждения потребуется до 28 дней. Существует 5 видов кирпичного раствора, и все они затвердевают по-разному.

Тип M

Раствор

типа M затвердевает до минимальной прочности 2500 фунтов на квадратный дюйм и является самым прочным типом строительного раствора.Он используется для проектов, которые должны выдерживать экстремальные гравитационные силы и выдерживать большие боковые нагрузки.

Тип S

Раствор

типа S — это раствор средней прочности, который отверждается до минимальной прочности на сжатие 1800 фунтов на квадратный дюйм. Обычно он используется для облицовки наружных стен, патио, мощения и других объектов, где раствор вступает в прямой контакт с землей.

Тип N

Раствор типа N — это обычный раствор общего назначения, который затвердевает до минимальной прочности 750 фунтов на квадратный дюйм. Этот тип раствора обычно используется для общих проектов кладки и для усиления внутренних стен.

Тип O

Тип O — это строительный раствор с низкой прочностью, который затвердевает только до минимальной прочности на сжатие 350 фунтов на квадратный дюйм. Безопасно использовать только в ненесущих интерьерах, при поверхностном (неструктурном) ремонте или на мягкой кладке, такой как песчаник или коричневый камень.

Тип K

Тип K — это строительный раствор с наименьшей прочностью, имеющий очень ограниченное назначение. Он затвердевает только при минимальной силе 75 фунтов на квадратный дюйм, поэтому он в основном используется для сохранения исторических памятников. Он не используется для каких-либо конструкций или несущих нагрузок из-за его низкой прочности на отверждение.

Раствор обычно затвердевает до 60% своей конечной прочности на сжатие в течение первых 24 часов. Затем потребуется около 28 дней для достижения окончательной прочности отверждения. Однако процесс отверждения не всегда соответствует универсальному графику. Есть несколько ключевых факторов окружающей среды, которые влияют на время отверждения строительного раствора. Температура окружающей среды, поток воздуха, количество воды, используемой в смеси, и влажность — все это влияет на время отверждения раствора.

Температура

Согласно данным ведущего производителя бетона TCC Materials, «нормальная температура составляет от 40 ° F до 100 ° F (4.4 ° C-37,8 ° C). Холодная погода наступает тогда, когда температура окружающей среды опускается ниже 40 ° F (4,4 ° C) ». Когда вы работаете в нормальном температурном диапазоне, вы можете ожидать, что ваш раствор будет следовать стандартному графику отверждения.

«Холодная погода может замедлить строительство, влияя на время схватывания и развитие прочности раствора и раствора. Если погода опустится ниже 40 ° F (4,4 ° C) в течение 24 часов для раствора и 24-48 часов для раствора, гидратация цемента прекратится, пока температура не станет достаточно высокой для продолжения гидратации.”

Ожидание теплой погоды не всегда идеально или даже возможно при соблюдении графика строительства. Использование покрытий для отверждения для защиты раствора во время процесса отверждения поможет вам не сбиться с пути и поможет раствору полностью затвердеть.

Расход воздуха

Химический процесс отверждения зависит от гидратации смеси. Сильный ветер и вентиляторы лишат раствор влаги, необходимой для его полного высыхания и обезвоживания. Для внутренних работ с раствором отключите вентиляторы, которые могут помешать процессу отверждения.Для наружных работ вам необходимо убедиться, что вы защитили раствор от сильного ветра и, возможно, добавить больше влаги, поскольку он затвердевает, чтобы уменьшить растрескивание. Большинство производителей строительных растворов предоставляют инструкции по регидратации для своих конкретных продуктов.

Вода

Обязательно следуйте инструкциям производителя строительного раствора по соотношению компонентов смеси. Ваша смесь должна содержать влагу только в определенных количествах. Слишком много или слишком мало воды не только изменит время отверждения раствора и его прочность, но и усложнит работу.

Влажность

Поддержание надлежащего уровня влажности имеет решающее значение для времени отверждения и окончательной прочности отверждения. Это означает, что необходимо контролировать даже влажность воздуха. Если вы строите при очень низкой влажности, вам может потребоваться добавить больше влаги в раствор, чтобы облегчить процесс отверждения. Работа в условиях высокой влажности может увеличить время отверждения раствора, но с вашей стороны потребуется меньшее количество влаги.

Настройка vs.Лечение

Даже если раствор не затвердеет полностью, вскоре он станет достаточно затвердевшим, чтобы вы могли переходить к следующим шагам. Через 24-48 часов, в зависимости от влажности и температуры окружающей среды, можно приступать к нанесению затирки.

Одеяла для отверждения бетона

Немногие могут позволить себе роскошь ограничить работу, чувствительную к температуре, теплыми погодными днями. Благодаря Powerblanket нет дорогостоящих межсезонных работ, и строительные работы могут продолжаться круглый год.Наши покрытия для отверждения бетона затвердевают в 2,8 раза быстрее, чем обычные теплоизолированные одеяла. Мы можем безопасно изолировать ваш раствор и защитить его от потери тепла и влаги в процессе отверждения. Свяжитесь с нами сегодня по телефону 855.447.9358 или [адрес электронной почты], чтобы найти идеальные решения для отверждения ваших строительных растворов.

(PDF) Исследование механизмов увеличения или уменьшения прочности геополимерного раствора после воздействия повышенной температуры

противоположных поведения были связаны только с механизмом

(ii) [17] или комбинацией механизмов (ii) и ( iii) [18].

Помимо двух последних механизмов, которые имеют место в геополимере

, на прочность геополимера влияет термическая несовместимость

(механизм (i)). Термическая несовместимость

возникает из-за того, что тепловому потоку в твердых телах требуется время

для достижения устойчивого состояния, в зависимости от теплопроводности и теплоемкости материала. Когда однородная термическая деформация, отличная от

, не может быть выдержана образцом

, снижение прочности происходит из-за начального образования и распространения трещин.Кроме того, тепловая несовместимость

в неоднородных двухфазных материалах

(раствор или бетон) также возникает из-за различных перемещений

между матрицей и включением.

Влияние термической несовместимости на прочность

обычно определяется двумя аспектами: (1) серьезностью термической несовместимости

mal, которой подвергался образец при повышенных

температурах; (2) степень, в которой образцы

могут быть деформированы без разрушения, а именно пластичность материала

.Образцы с высокой пластичностью могут уменьшить влияние термической несовместимости

на прочность из-за более высокого допуска

на неравномерную термическую деформацию.

Это объясняет, что использование различных типов волокон

в бетоне на основе портландцемента улучшает пластичность

(или снижает хрупкость) и, следовательно, улучшает остаточную прочность

бетона после воздействия повышенных температур

[ 20–22].

На первом этапе текущего исследования были проведены различные смеси

на строительных растворах для изучения влияния повышенной температуры

на прочность на сжатие геополимерных материалов. После воздействия повышенных температур

растворов с высокой начальной прочностью испытали потерю прочности,

, тогда как растворы с низкой начальной прочностью улучшили прочность.

Хорошо известно, что уровни пластичности в бетонах с нормальной и высокой прочностью

обычно коррелируют с прочностью,

имеет отношение уменьшения пластичности с увеличением прочности.Целью данного исследования является изучение

, влияет ли пластичность геополимерных строительных смесей

на увеличение или уменьшение прочности после воздействия повышенной температуры

. Таким образом, в данной статье основное внимание уделяется механизму (i)

(термическая несовместимость), которому уделялось меньше внимания

в литературе по геополимерам, по сравнению с литературой по портландскому цементу

, где этот аспект широко исследовался.

Экспериментальная программа

Предыдущие исследования показали, что на высокотемпературные характеристики геополимера существенно влияют материалы

, используемые в процессе синтеза.Kong et al. [16,23]

обнаружили, что геополимеры на основе летучей золы имеют

больших количеств мелких и непрерывных пор, в то время как геополимеры метакаолинита

не обладают такой структурой пор. Было высказано предположение, что разница в микроструктуре

является ответом на наблюдаемые тенденции, которые указывают на то, что прочность

геополимера на основе летучей золы увеличилась, в то время как прочность

геополимера метакаолинита снизилась после того же термического воздействия

. .Аналогичное контрастное поведение

также обнаружено в геополимере, полученном с использованием различных щелочных катионов

[17]. Это связано с тем, что геополимеры

, полученные с использованием K-содержащих жидкостей, имеют лучшую термическую стабильность

, чем те, которые получены с использованием жидкостей, содержащих Na-

. Duxson et al. [24] обнаружили, что увеличение содержания растворимого кремния в щелочной жидкости

играет важную роль в термической эволюции структуры полимера гео-

.Считается, что это является результатом изменения отношения Si / Al

геополимера путем растворения аморфного кремнезема в щелочном активирующем растворе

.

Авторы считают, что механизмы деградации

геополимера можно разделить на те же категории, что и для упомянутого ранее портландцемента

, т.е. (i) термическая несовместимость

, (ii) эффекты порового давления и (iii) фаза

преобразований [16]. Для изучения эффекта механизма (i),

важно минимизировать или исключить эффекты (ii)

,

и (iii).Следуя предыдущим исследованиям [16,17,23,

24], ясно, что содержание растворимого кремния в щелочной жидкости

и щелочных катионах оказывает значительное влияние на термическое поведение

и, следовательно, не должно варьироваться между

. образцы, так что эффект механизма (i) может быть изучен без вмешательства этих параметров.

Авторы изменили режим отверждения образца, чтобы

изменили результирующую прочность геополимеров, без изменения пропорций смеси

, и, следовательно, исходный

химический состав геополимеров остается неизменным

, за исключением двух типов. использованной летучей золы.

Материалы

Летучая зола, использованная в исследовании, представляла собой сухую летучую золу типа F (с низким содержанием кальция

). Химический состав золы Y

, определенный с помощью рентгенофлуоресцентного анализа (XRF),

приведен в Таблице 1. Чтобы гарантировать, что наблюдаемые тенденции составляют

, не обусловленные особенностями одной конкретной золы Y, Для получения полимеров гео-

и анализа остаточных механических свойств были выбраны два очень

различных типа летучей золы.

Одним из используемых щелочных растворов был имеющийся в продаже раствор силиката натрия

A53 с удельной плотностью

1,53 и коэффициентом упругости (M

s

), равным 2 (где

M

s

). = SiO

2

/ Na

2

O, Na

2

O = 14,7% и SiO

2

= 29,4% по массе

). Другой используемый щелочной раствор был приготовлен путем растворения гранул гидроксида натрия технической чистоты

(NaOH) с чистотой 98% в дистиллированной воде.Концентрация раствора NaOH

составляла 10 М. Оба щелочных раствора

смешивали вместе с образованием щелочной жидкости

.

1874 J Mater Sci (2009) 44: 1873–1880

123

Влияние высокой температуры на конструкцию доменного шлака и геополимерного раствора на основе крупной летучей золы

В этом исследовании геополимерные растворы были приготовлены замена смесей на основе доменного шлака (ДШ) крупнозернистой летучей золой (ТВС) в различных пропорциях.Целью этого исследования было создание конструкции геополимерного раствора для высоких температур с использованием постоянной молярности NaOH (M) и постоянной температуры отверждения. В дополнение к 14 M раствору NaOH и BFS в качестве связующего материала при температуре отверждения 60 ° C, были приготовлены двойные соотношения смеси связующего с добавлением 25%, 50% и 75% FA. Геополимерные растворы с соотношением жидких связующих (L / B), равным 1, подвергали термообработке в течение 5, 24, 48, 168 часов. После физико-механических испытаний были определены образцы с наибольшей прочностью на сжатие и шесть различных смесей с соотношением L / B в диапазоне от 1 до 0.5 были подготовлены с целью повышения прочности исследуемых образцов на сжатие. На новых образцах были повторены физико-механические испытания. После испытаний был определен образец раствора с наивысшей прочностью на сжатие и его поведение при высоких температурах. Для этого образец раствора с наивысшей прочностью на сжатие был подвергнут воздействию температур 200, 400, 600, 800 и 1000 ° C, и были проанализированы изменения физико-механических свойств.

По результатам экспериментов наибольшее значение прочности на изгиб (3.6 МПа) был получен из образцов раствора с содержанием БФС 25%, подвергнутых отверждению в течение 5 ч. Наибольшие значения прочности на сжатие (27,3 МПа) были получены для образцов раствора со 100% содержанием BFS, подвергнутых отверждению в течение 48 ч. Что касается прочности на сжатие, оптимизация отношения L / B привела к увеличению на 28% (0,7), и, таким образом, было достигнуто 35,1 МПа. После высокотемпературных испытаний 400 ° C и 600 ° C были определены как критические температуры для изменения механических свойств и изменений физических свойств, соответственно.Однако геополимерные растворы потеряли около 58% прочности при 1000 ° C, что является конечной температурой.

Исследование механизмов увеличения или уменьшения прочности геополимерного раствора после воздействия повышенной температуры

  • 1.

    Давидовиц Дж. (1991) J Therm Anal 37 (8): 1633

    CAS Статья Google Scholar

  • 2.

    Flower DJM, Sanjayan JG (2007) Int J Life Cycle Assess 12 (5): 282

    CAS Статья Google Scholar

  • 3.

    Алонсо С, Паломо А (2001) Mater Lett 47:55

    CAS Статья Google Scholar

  • 4.

    Фернандес-Хименес А., Паломо А., Собрадос И., Санс Дж. (2006) Микропористый мезопористый материал 91: 111

    CAS Статья Google Scholar

  • 5.

    Palomo A, Grutzeck MW, Blanco MT (1999) Cem Conrc Res 29: 1323

    CAS Статья Google Scholar

  • 6.

    Provis JL, Duxson P, van Deventer JSJ, Lukey GC (2005) Chem Eng Res Des 83 (A7): 853

    CAS Статья Google Scholar

  • 7.

    Duxson P, Provis JL, Lukey GC, Mallicoat SW, Kriven WM, van Deventer JSJ (2005) Colloid Surf A 269: 7

    Статья Google Scholar

  • 8.

    Duxson P, Lukey GC, van Deventer JSJ (2006) J Некристаллические твердые вещества 352: 5541

    CAS Статья Google Scholar

  • 9.

    Hardjito D, Wallah SE, Sumajouw DMJ, Rangan BV (2004) ACI Mater J 101 (6): 467

    CAS Google Scholar

  • 10.

    Sumajouw DMJ, Hardjito D, Wallah SE, Rangan BV (2007) J Mater Sci 42 (9): 3124. DOI: https: //doi.org/10.1007/s10853-006-0523-8

    CAS Статья Google Scholar

  • 11.

    Rangan BV (2003) Eng Aust 75 (1): 7

    Google Scholar

  • 12.

    Hardjito D, Wallah SE, Sumajouw DMJ, Rangan BV (2002) J Aust Ceram Soc 38:44

    CAS Google Scholar

  • 13.

    Hardjito D, Wallah SE, Sumajouw DMJ, Rangan BV (2004) В: Материалы 18-й Австралазийской конференции по механике структуры и материалов, Перт

  • 14.

    Rangan BV, Wallah SE, Sumajouw DMJ , Hardjito D (2006) Indian Concr J 80 (6): 47

    Google Scholar

  • 15.

    Mendes A, Sanjayan JG, Collins FG (2008) Mater Struct 41 (2): 345

    Статья Google Scholar

  • 16.

    Khoury GA (1992) Mag Conrc Res 44 (12): 291

    CAS Статья Google Scholar

  • 17.

    Kong D, Sanjayan JG, Sagoe-Crentsil K (2007) Cem Conrc Res 37: 1583

    CAS Статья Google Scholar

  • 18.

    Бахарев Т. (2005) Cem Concr Res 35 (6): 1224

    CAS Статья Google Scholar

  • 19.

    Домбровски К., Бухвальд А., Вейл М. (2007) J Mater Sci 42: 3033. DOI: https: //doi.org/10.1007/s10853-006-0532-7

    CAS Статья Google Scholar

  • 20.

    Poon CS, Shui ZH, Lam L (2004) Cem Conrc Res 34: 2215

    CAS Статья Google Scholar

  • 21.

    Nishida A, Yamazaki N (1995) В: Материалы международной конференции по бетону в суровых условиях. Саппоро, Япония, стр. 1140

  • 22.

    Kalifa P, Chene G, Ch Galle (2001) Cem Concr Res 31: 1487

    CAS Статья Google Scholar

  • 23.

    Kong D, Sanjayan JG, Sagoe-Crentsil K (2008) J Mater Sci 43 (3): 824. DOI: https: //doi.org/10.1007/s10853-007-2205-6

    CAS Статья Google Scholar

  • 24.

    Даксон П., Люки Г.К., ван Девентер Дж.С.Дж. (2007) Журнал научных исследований, 42: 3044. DOI: https: //doi.org/10.1007/s10853-006-0535-4

    CAS Статья Google Scholar

  • 25.

    Тутанджи Х., Балагуру П. (1998) ASCE 10 (2): 52

    CAS Google Scholar

  • 26.

    van Jaarsveld JGS, van Deventer JSJ, Lukey GC (2003) Mater Lett 57: 1272

    Article Google Scholar

  • 27.

    Toumi B, Guemmadi, Z, Houari H, Chabil H (2007) In: Proceedings, Annual Conference-Canadian Society for Civil Engineering, Yellowknife, NT, USA, p 987

  • 28.

    Kristensen L, Hansen TC (1994) ) ACI Mater J 91 (5): 453

    CAS Google Scholar

  • 29.

    Райер Х, Ван Меле Б., Вастилс Дж. (1996) Журнал Mater Sci 31 (1): 80. DOI: https: //doi.org/10.1007/BF00355129

    CAS Статья Google Scholar

  • 30.

    Kong D, Sanjayan JG (2008) Cem Concr Comp 30 (10): 986

    CAS Статья Google Scholar

  • Оценка эффективности реакции шлака в шлакоцементных растворах при различной температуре отверждения

    Материалы (Базель). 2019 сен; 12 (18): 2875.

    Колледж гражданского строительства и архитектуры, Сельскохозяйственный университет Циндао, Циндао 266109, Китай (L.W.) (Q.L.)

    Поступило 6 августа 2019 г .; Принята в печать 3 сентября 2019 г.

    Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Эта статья цитировалась другими статьями в PMC. .

    Abstract

    В настоящее время не во многих исследованиях рассматривались методы количественной оценки эффективности реакции гранулированного доменного шлака (GBFS) при различных температурах отверждения. Для шлакобетона с большим объемом, когда коэффициент замещения превышает определенное «пороговое» значение, лишний и неэффективный шлак больше не будет реагировать в бетоне, а просто будет вести себя как мелкий заполнитель, что может вызвать снижение прочности.Значение «порога» зависит от эффективности реакции шлака. В данном исследовании эксперименты со строительными растворами с разной степенью замещения шлаком проводились при разных температурах отверждения (20, 30 и 50 ° C соответственно), пороговые значения эффективной степени замещения шлаком были всесторонне проанализированы через эффективность реакции шлака. ступка. Результаты показали, что точку поворота кривой прочности с коэффициентом замещения можно рассматривать как пороговое значение эффективного коэффициента замещения шлаком в растворе.Наряду с повышением температуры отверждения пороговое значение эффективного коэффициента замещения шлаком в бетоне уменьшалось, тогда как эффективность реакции шлака увеличивалась. Между тем, был также рассчитан анализ эффективного коэффициента цемента (значение k) и основности. На основании полученных пороговых значений эффективного коэффициента замещения при различных температурах отверждения можно составить формулу для определения коэффициента эффективности реакции шлака в строительном растворе. Таким образом, коэффициент эффективности реакции и верхний предел эффективного коэффициента замещения шлака при различных температурах можно рассчитать более интуитивно и количественно, обеспечивая теоретическую основу и справочную информацию для практических инженерных приложений.

    Ключевые слова: доменный шлак , прочность на сжатие, гидроксид кальция, эффективный коэффициент замещения, коэффициент эффективности реакции

    1. Введение

    Согласно отчету об исследованиях развития рынка и инвестиционных перспективах производства шлакового порошка в Китае, выпуск Производство шлакового порошка в 2018 году огромно — 103 миллиона тонн [1]. Однако из-за замедления темпов развития строительства инфраструктуры и недвижимости общий спад в отрасли строительных материалов привел к более высоким требованиям к использованию шлакового порошка в практических инженерных приложениях с использованием гранулированного доменного шлака с высоким содержанием ( GBFS) не допускается в более сложных условиях, доля шлакового порошка также будет снижена, а комплексное использование шлакового порошка сталкивается с серьезными проблемами [2].Таким образом, на основе обеспечения качества проекта очень важным стало определение верхнего предела эффективного коэффициента замещения шлакового порошка в шлакобетоне большого объема и достижения высокой эффективности использования шлака.

    Ishida T сообщил, что с увеличением коэффициента замещения гранулированным доменным шлаком (GBFS) количество бетона Ca (OH) 2 уменьшилось, а количество израсходованного Ca (OH) 2 увеличилось из-за гидратация шлака.Когда коэффициент замещения превышал 67%, оставшееся количество Ca (OH) 2 было близко к 0 [3]. Таким образом, может быть известно, что когда коэффициент замещения превышает определенное «пороговое» значение, Ca (OH) 2 будет почти полностью израсходован, а избыточный и неэффективный шлак в бетоне больше не будет реагировать с Ca (OH) 2 , но ведет себя как мелкий заполнитель, что приводит к снижению прочности. Следовательно, так называемое «пороговое» значение можно рассматривать как верхний предел эффективного коэффициента замещения.Многие исследователи изучали верхний предел коэффициента замещения шлака при температуре окружающей среды [4,5,6,7,8,9]. Можно сделать вывод, что гидратация замедлялась, когда добавление GBFS увеличивалось до 50– 70%, верхний предел коэффициента замены не должен превышать 70% из-за снижения прочности. Однако температура отверждения имеет большое влияние на «пороговое» значение коэффициента замещения из-за реакционной способности GBFS при различных температурах. Хосокава Д. сообщил, что при коэффициенте замещения 70%, независимо от возраста отверждения, чем выше температура отверждения, тем выше прочность на сжатие шлакобетона.Прочность шлакобетона через 56 суток при температуре выдержки 40 ° C увеличилась на 30% больше, чем при 20 ° C [10]. Saio T сообщил, что в случае температуры отверждения 40 и 60 ° C теплота гидратации и объединенное количество воды стали больше, а реакционная активность шлака была выше, чем при 20 ° C [11]. Нагао Ю. доказал, что в условиях разных температур отверждения кривая развития прочности отличается из-за активности реакции [12]. Бугара А. обсуждал, что наибольшие преимущества с точки зрения прочности и гидратации достигаются в зависимости от реакционной способности шлака, эта реакционная способность обусловлена ​​химическим составом и температурой отверждения шлака [13].Хусейн Г.Ф. показали, что продукты реакции и прочность шлакового раствора сильно зависят от природы составов и температур отверждения [14]. Огиригбо О. показали, что температура отверждения оказывала гораздо большее влияние на реакционную способность шлаков, чем разница в химическом составе, более высокая температура приводила к увеличению степени гидратации шлаков [15]. В практическом инженерном строительстве эффективность реакции шлака при различных температурах окружающей среды напрямую влияет на эффективный коэффициент замещения в разные сезоны.Следовательно, необходимо изучить взаимосвязь между эффективностью реакции шлака и температурой. В настоящее время имеется очень мало исследований методов количественной оценки эффективности реакции шлака при различных температурах отверждения. Как рассчитать коэффициент эффективности реакции GBFS имеет большое значение для определения порогового значения эффективного коэффициента замещения GBFS при различных температурах. Настоящее исследование направлено на устранение вышеупомянутого пробела.

    Вообще говоря, трещины будут возникать в шлакобетоне большого объема из-за повышения температуры, вызванного теплотой внутренней гидратации [16], адиабатический рост температуры, характерный для раствора или бетона, может использоваться для прогнозирования изменения температуры и индекса температурного растрескивания в растворе. и бетон [17]. В этом исследовании, чтобы гарантировать стабильность объема и долговечность шлакобетона большого объема, на основе расчета адиабатического повышения температуры цемента BB (доменный шлак) конечное повышение адиабатической температуры близко к 50 ° C.Поэтому температуры отверждения в этом исследовании были установлены на 20, 30 и 50 ° C соответственно. Посредством термического отверждения анализируется взаимосвязь между коэффициентом замещения шлака и свойствами раствора при трех температурах отверждения (20, 30 и 50 ° C), пороговые значения эффективного коэффициента замещения шлака при разных температурах отверждения. были определены в конце концов. По результатам эффективного коэффициента (k) и основности цемента можно качественно проанализировать эффективность реакции шлака при различных температурах отверждения и предложить формулу расчета для коэффициента эффективности реакции.На основании этого устанавливается соотношение между температурой отверждения и коэффициентом эффективности реакции. Согласно соотношению Уравнение, эффективный коэффициент замещения шлака при различных температурах может быть рассчитан напрямую. Кроме того, поскольку эффективность реакции шлака изменяется в зависимости от методов отверждения при одной и той же температуре, также предлагаются формулы преобразования коэффициента эффективности реакции при различных методах отверждения. Полученные результаты могут служить теоретической основой для практического строительства шлакобетона большого объема в различных температурных условиях и иметь определенное значение.

    2. Экспериментальная

    2.1. Материалы и пропорции смеси

    В данном исследовании использовался обычный портландцемент, соответствующий требованиям китайского национального стандарта (GB / T175-2007), «портландцемент (Shanshui Cement Co., Ltd., Циндао, Китай)». Физические свойства цемента показаны в. Использовался доменный шлак, соответствующий требованиям китайского национального стандарта (GB / T203-2008). Плотность и удельная поверхность шлака составляли 2,88 г / см 3 и 3830 см 2 / г соответственно.Химический состав показан на, гранулометрический состав показан на. В качестве мелкого заполнителя использовался песок стандарта Китая ISO для строительных растворов, указанный в Национальном стандарте Китая (GB / T 14684-2011) (Xiamen ISO Standard Sand Co., Ltd, Сямынь, Китай), диапазоны размеров частиц составляли 0,08–2 мм, содержание SiO2 составляло 99,2%, водопоглощение составляло 0,01%, а содержание влаги составляло 0,02%. Чтобы гарантировать хорошую удобоукладываемость и долговечность раствора или бетона, уменьшая просачивание, оседание и расслоение раствора, используется воздухововлекающая добавка (AE, Sobute New Materials Co., Ltd., Нанкин, Китай) с эффектом уменьшения водопоглощения был разбавлен в 100 раз в соответствии с Китайским национальным стандартом химических добавок для бетона и использовался для контроля значений расхода и содержания воздуха в различных шлаковых растворах на одинаковых уровнях, и целевое содержание воздуха было рассчитано как 4 ± 0,5%, а значение потока было разработано как 20 ± 1 см. Воздухововлекающая добавка может снизить водопотребление бетона на 8–10% и, таким образом, компенсировать снижение прочности, вызванное увеличением пористости.Посредством нескольких экспериментов по испытанию потока на столе для различных шлаковых растворов были определены необходимые количества добавки АЭ для различных шлаковых растворов. Соотношения между добавками АЭ и коэффициентом замещения показаны на. представлены подробные пропорции смеси шлакового раствора. Объемное соотношение пасты и песка в растворе было определено как 1: 1, чтобы подчеркнуть изменения пасты. Отношение воды к связующему (W / (SL + C)) 0,5 использовалось для подготовки образцов на протяжении всей экспериментальной программы, а коэффициенты замещения шлака в строительном растворе были рассчитаны как 0, 40, 50, 60, 70, 80 и 90% соответственно.Кроме того, отношения воды к цементу 0,4 и 0,6 также были разработаны для сравнения и расчета эффективного коэффициента цемента (значение k) [18].

    Распределение гранулярности доменного шлака, использованное в данном исследовании.

    Содержание примеси воздухововлекающей добавки (AE) и содержание воздуха в различных шлаковых растворах.

    Таблица 1

    Физические свойства обычного портландцемента.

    Плотность
    (г / см 3 )
    Удельная поверхность
    (см 2 / г)
    Время схватывания Прочность на сжатие (Н / мм 2 )
    Вода (%) Начальный
    (hm)
    Final
    (hm)
    3d 7d 28d
    3.16 3350 28,8 2-00 3-12 27,0 45,4 65,0

    Таблица 2

    Химический состав цемента и шлака.

    5,54
    Тип Потери Ig. (%) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 SO0008 CaO 3 Na 2 O K 2 O TiO 2
    Цемент 0.7 19,54 4,68 3,17 65,66 1,77 2,99 0,28 0,57 0,28
    Шлак 0,1 34,11 5 0,1 34,11 5 0,1 34,11 5 0,24 0,34 0,54

    Таблица 3

    Состав смеси различных шлаков.

    60 91 91 60 173591 9609 2.2. Приготовление и отверждение строительного раствора

    Образцы строительного раствора в форме цилиндров Φ50 мм × 100 мм (Huayun Experimental Instruments Co., Ltd., Цанчжоу, Китай) были подготовлены для испытаний. Чтобы убедиться, что температура приготовления была близка к целевой температуре отверждения, температура воды для смешивания во время приготовления контролировалась на уровне 20, 30 и 50 ° C соответственно. Цемент и песок также помещали в оборудование с постоянной температурой (Liuqin Testing Instrument Co., Ltd., Дунгуань, Китай) для одновременного достижения необходимой температуры (20, 30 и 50 ° C) для приготовления.Хотя были некоторые ошибки между температурой приготовления и целевой температурой (около ± 1 ° C) от начала до конца приготовления из-за рассеивания тепла, влияние не было серьезным. После извлечения раствора из формы его выдерживали при определенных температурных условиях, чтобы начать отверждение. Что касается условий отверждения, после извлечения раствора из формы в течение одного дня образцы раствора помещали в герметичный мешок, наполовину заполненный водой, так что образцы полностью погружались в воду.Затем герметичный мешок для воды с образцами был помещен в оборудование с постоянной температурой, чтобы начать герметичное отверждение в условиях 20, 30 и 50 ° C соответственно. Оборудование с постоянной температурой открывали каждые 3 дня для проверки содержания воды в мешке, чтобы убедиться, что образцы были полностью погружены в воду.

    2.3. Экспериментальный метод

    На основании GB / T 50081-2002 образцы с цилиндрами Φ50 × 100 мм были подготовлены для испытаний на прочность на сжатие различных шлаковых растворов, испытания проводились в возрасте 3, 7 лет. Через 14, 28 и 91 день, соответственно, были протестированы три идентичных образца для каждого возраста для каждого дизайна образца.В этом исследовании использовался метод дифференциального термогравиметрического анализа (TG / DTA) для измерения существующего и потребленного количества Ca (OH) 2 . Подробный метод обработки образцов был следующим. Центральную часть образца строительного раствора отрезали на отрезном станке (Shengxing Instruments Equipment Co., Ltd., Цанчжоу, Китай), получили небольшой срез диаметром 50 мм и высотой 5 мм, затем разбили на кусочки размером 2,5–5,0 мм. После замачивания в ацетоне в течение 24 часов реакция гидратации частицы образца прекратилась, и частицы были помещены в вакуумную камеру для сушки и консервации после испарения ацетона.Затем частицы измельчали ​​в порошок с помощью контузионного раствора, порошок через сито 40 мкм собирали в качестве образцов для испытания. Количество Ca (OH) 2 в ступке было образовано приблизительно при 450–500 ° C дегидроксилированием. Диапазон температур испытаний составлял от комнатной до 1000 ° C. Скорость повышения температуры составляла 20 ° С / мин [19].

    3. Результаты и обсуждение

    3.1. Развитие прочности на сжатие

    иллюстрирует взаимосвязь между коэффициентом замещения шлаком и прочностью раствора на сжатие при разных сроках отверждения при разных температурах отверждения.Можно видеть, что при температуре отверждения 20 ° C и в раннем возрасте прочность строительного раствора, очевидно, снижается с увеличением коэффициента замещения, почти показывая линейную корреляцию снижения. Вероятно, это связано с тем, что прочность одного шлака ниже, чем у обычного цемента, а реакция шлака в растворе еще не активировалась. Тем не менее, кривая прочности раствора через 91 день все еще уменьшается вместе с общим коэффициентом замещения, но его снижение значительно замедляется, и на кривой прочности наблюдается очевидный поворотный момент, который происходит при коэффициенте замещения 70%.Когда коэффициент замещения был ниже 70%, прочность раствора медленно снижалась и зависела от соотношения футеровки и коэффициента замещения. Напротив, прочность стала очень низкой и резко упала, когда коэффициент замены превысил 70%. Это согласуется с результатами других исследователей, которые сравнивали обычный цементный бетон с 70% -ным шлакобетоном, аналогичный уровень прочности мог быть получен без значительных потерь [20,21]. Вероятно, это связано с тем, что эффективный шлак в строительном растворе в это время почти полностью израсходован, а избыточный шлак в строительном растворе больше не играет роли, а просто заполняет раствор как мелкий заполнитель, похожий на песок, что приводит к увеличению фактического соотношение вода / связующее и резкое снижение прочности.Следовательно, коэффициент замещения в поворотной точке кривой прочности может представлять пороговое значение эффективного коэффициента замещения шлаком в строительном растворе. Кроме того, несмотря на то, что реакция шлака в растворе еще больше активировалась через 91 день, разрыв между прочностью обычного раствора и различных шлаковых растворов был еще больше сужен, что в определенной степени могло компенсировать потерю прочности из-за шлака в растворе. раствор, прочность шлакового раствора была все же ниже, чем у обычного раствора.Это также согласуется с результатом Абделли К., который полагал, что GBFS реагирует очень поздно при комнатной температуре из-за низкой активности, прочность бетона GBFS была хуже, чем у обычного бетона [22].

    Прочность шлакового раствора на сжатие при различных температурах отверждения.

    При температуре отверждения 30 ° C, в отличие от результатов при 20 ° C, поворотная точка кривой прочности сместилась к более низкому коэффициенту замещения и произошла при соотношении замещения 60%. Прочность показала такое же или более высокое значение по сравнению с обычным строительным раствором при высокотемпературном отверждении в возрасте 91 дня.Эти результаты показали, что высокая температура отверждения может ускорить реакцию гидратации и активировать реакцию шлака [23]; следовательно, прочность шлакового раствора может достигать того же уровня, что и у обычного цементного раствора, и лучше соответствовать прямой линии с коэффициентом замены, когда коэффициент замены был ниже 60%. При более чем 60% прочность шлакового раствора явно снизилась. При температуре отверждения 50 ° C более высокая температура может еще больше ускорить реакцию гидратации строительного раствора.На 91 день поворотная точка кривой силы продвинулась дальше и произошла при коэффициенте замещения 50%. Когда коэффициент замещения шлака превышает 50%, прочность снижается с увеличением коэффициента замещения; однако существенной потери прочности при коэффициенте замены 50% не наблюдалось.

    В целом, многие исследователи полагали, что пороговое значение эффективного коэффициента замещения шлаком в строительном растворе будет увеличиваться с увеличением температуры отверждения [15,24]. Другими словами, чем выше температура отверждения, тем большее количество шлака участвует в реакции.Однако на основании рассмотренных выше результатов был сделан противоположный вывод.

    3.2. Взаимосвязь между температурой отверждения и прочностью на сжатие

    иллюстрирует взаимосвязь между температурой отверждения и прочностью на сжатие различных шлаковых растворов. Когда коэффициент замещения оставался прежним, прочность шлакового раствора увеличивалась с увеличением температуры отверждения. Высокая температура отверждения может ускорить реакцию гидратации цемента в растворе с образованием большего количества гелей C-S-H и Ca (OH) 2 , и реакция может быть дополнительно стимулирована для взаимодействия с образованием гидратации для повышения прочности раствора.Это показало высокую зависимость шлакового раствора от температуры отверждения. Хуанг Х. сообщил, что добавление шлака было неблагоприятным для структурного наращивания цементного теста при 10 и 20 ° C, однако положительный эффект наблюдался при высокой температуре 40 ° C [25]. Чем выше температура отверждения, тем значительнее роль шлака в растворе и эффективность реакции шлака выше. Однако, когда коэффициент замены слишком высок, влияние температуры отверждения не было значительным.

    Взаимосвязь между температурой отверждения и прочностью на сжатие при разном возрасте отверждения.

    3.3. Изменения количества Ca (OH)

    2 с коэффициентом замещения шлаком

    иллюстрирует взаимосвязь между количеством Ca (OH) 2 и коэффициентом замещения шлаком при различных температурах отверждения. Во-первых, при 20 ° C, поскольку реакция незначительна, вклад шлака в расход Ca (OH) 2 был относительно низким, чем при высоких температурах, количество Ca (OH) 2 при 28 количество дней уменьшалось линейно с коэффициентом замещения.Однако были две очевидные поворотные точки для кривой изменения количества Ca (OH) 2 через 91 день, которые произошли при коэффициенте замещения 40% и 70%. На первом поворотном этапе, по сравнению с обычным портландцементным раствором, Ca (OH) 2 в растворе начал расходоваться шлаком при коэффициенте замещения 40%, что привело к резкому снижению количества Ca (OH) 2 . Когда коэффициент замещения шлака составлял 70%, количество Ca (OH) 2 , произведенное оставшимися 30% цемента в растворе за 91 день, могло быть израсходовано до самого низкого значения или так называемого порогового значения.Когда коэффициент замещения превышал 70%, количество Ca (OH) 2 , произведенное цементом, было недостаточным, избыточный шлак больше не играл роли в потреблении Ca (OH) 2 , следовательно, количество Ca ( ОН) 2 практически не изменилось с изменением передаточного числа. При температуре отверждения 30 ° C, в отличие от результата при температуре отверждения 20 ° C, вторая поворотная точка кривой количества Ca (OH) 2 через 91 день сместилась к более низкому коэффициенту замещения 60%.Это показало, что высокая температура отверждения также оказала влияние на точку поворота кривой изменения количества Ca (OH) 2 . При коэффициенте замещения 60% количество Ca (OH) 2 , произведенное оставшимися 40% цемента в растворе, могло быть точно израсходовано до самого низкого значения за счет 60% шлака. При более чем 60% кривая изменения количества Ca (OH) 2 в строительном растворе была в основном близка к прямой. Напротив, при температуре отверждения 50 ° C поворотная точка кривой Ca (OH) 2 сместилась вперед при коэффициенте замещения 50%.В сочетании с результатами кривых прочности можно сказать, что 70%, 60% и 50% являются пороговыми значениями эффективного коэффициента замещения шлака при 20, 30 и 50 ° C. Kokubu K сообщил, что при том же соотношении замены, с повышением температуры отверждения, остаточное количество Ca (OH) 2 в бетоне уменьшалось, остаточное количество Ca (OH) 2 при высокой температуре достигало наименьшее значение быстрее [26].

    Количество Ca (OH) 2 в шлаковом растворе при различных температурах отверждения.

    По уравнению (1) можно рассчитать расход Ca (OH) 2 на 1 г шлака.

    CHA = CHPC × 1 − r − CHSLr

    (1)

    где:

    • CHA : Расход Ca (OH) 2 на 1 г шлака (г),

    • CHPC : Ca (OH) 2 количество в обычном растворе (г),

    • CHSL : Количество Ca (OH) 2 в шлаковом растворе при коэффициенте замещения r (г),

    • r : Коэффициент замещения шлака

    Следует отметить, что расход Ca (OH) 2 при температуре отверждения 50 ° C был выше, чем при температуре отверждения 20 и 30 ° C, когда коэффициент замещения был относительно низким, эффективность реакции шлака, очевидно, увеличивалась, в результате чего шлак единичный объем может потреблять намного больше Ca (OH) 2 .Однако, когда коэффициент замещения был высоким (превышал 70%), было небольшое различие в потреблении Ca (OH) 2 при этих трех температурах отверждения. Это также согласуется с Kokubu K, потребление Ca (OH) 2 , очевидно, увеличивалось, когда коэффициент замещения превышал 35%.

    Ca (OH) 2 Расход различных шлаковых растворов.

    Из того, что было обсуждено выше, можно сказать, что эффективность реакции шлака может быть значительно улучшена с увеличением температуры отверждения, но пороговое значение эффективного коэффициента замены шлака в строительном растворе постепенно снижается с увеличением температуры отверждения. .Эффективность реакции шлака увеличивается из-за более высокой температуры отверждения, и меньшее количество шлака может потреблять больше Ca (OH) 2 , произведенного цементом, что приводит к увеличению избыточного шлака.

    3.4. Методика оценки реакционной способности шлакового раствора

    3.4.1. Эффективный коэффициент цемента (значение k)

    Эффективный коэффициент цемента (значение k) относится к способности шлака в растворе повышать прочность при условии различных соотношений замещения и температур отверждения, а также других параметров, таких как минеральная добавка или вяжущие материалы. по сравнению с обычным портландцементом.Согласно следующему уравнению (2) [27], можно рассчитать эффективный коэффициент цементирования (значение k).

    ( C + k × SL ) / W = ( C / W ) экв

    (2)

    где:

    • W : Единица влажности (кг / м 3 )

    • C : Единица содержания цемента (кг / м 3 )

    • k : Эффективный цемент коэффициент

    • SL : Удельное содержание шлака (кг / м 3 )

    • (C / W) eq : Эквивалентное соотношение воды и цемента

    Что касается расчета (C / W) ) eq , формулируя соотношение между соотношением вода / цемент (0.4, 0,5, 0,6) и прочности на сжатие через 28 дней обычного портландцементного раствора, и подставив значения прочности различных шлаковых растворов при соотношении вода / цемент 0,5 в полученное уравнение отношения вода / цемент-прочность, а затем в уравнение (C / W) eq можно рассчитать. Если уравнение сформировано как коэффициент замещения (r), значение k также можно вычислить согласно уравнениям (3) и (4) следующим образом.

    k = C / WeqC / W − 1 × 1 − rr

    (4)

    На основании приведенного выше уравнения, когда значение k> 1, это означает, что улучшающая способность шлака в строительном растворе выше, чем у обычного портландцемента. цемент в зависимости от состояния твердения и пропорции смеси; когда значение k = 1, оно достигает того же уровня, что и цемент; когда значение k <1, улучшающая способность хуже, чем у обычного портландцемента.Кривые изменения эффективного коэффициента цемента (значение k) вместе с возрастом выдержки в условиях различных температур выдержки показаны на рис. Значения k различных соотношений замещения в раннем возрасте для трех температур отверждения мало различались. При 20 ° C значения k шлакового раствора при всех коэффициентах замещения через 91 день были ниже 1, что показывает, что улучшающая способность шлака была ниже, чем у обычного портландцемента. Когда коэффициент замещения был менее 70%, значения k были в основном близки к 1 и достигли пика на уровне 0.96 при коэффициенте замещения 40%. Когда коэффициент замещения превысил 70%, значение k стало очень низким и, очевидно, уменьшилось через 91 день. Напротив, при 30 ° C в раннем возрасте значения k при каждом коэффициенте замещения были все еще ниже 1, через 91 день значения k при коэффициенте замещения 40% и 50% оба были выше 1, и равный 1 при коэффициенте замены 60%, который показал лучшие или, по крайней мере, такие же характеристики, как и обычный портландцемент для повышения прочности. Когда коэффициент замещения превышал 60%, значение k при коэффициенте замещения 70% достигало 0.90. При 50 ° C, начиная с 28 дней, значения k шлака при коэффициенте замещения 40%, 50% и 60% были выше 1, через 91 день значение k при коэффициенте замещения 70% было близко к 1. Результаты показали, что повышение температуры отверждения может улучшить эффективный коэффициент цементирования шлака, чем выше температура отверждения, тем выше эффективность реакции шлака как вяжущего материала. Изучая значение K, Огава обнаружил, что температура отверждения положительно влияет на улучшение значения k.Даже если он затвердевает при низкой температуре и зола-унос не может хорошо реагировать в раннем возрасте, летучая зола может реагировать и вносить свой вклад в прочность раствора в качестве вяжущего материала в условиях более высоких температур [28]. Результаты шлакового раствора в этом исследовании были аналогичными. к минометам из летучей золы в отчете Огавы.

    Значение эффективного коэффициента k цемента шлакового раствора при различных температурах отверждения.

    3.4.2. Взаимосвязь между прочностью на сжатие и основностью раствора

    В нормальных условиях, чтобы более просто оценить реакционную способность шлака, SiO 2 рассматривается как основной компонент реакции шлака [29].Поэтому в данном исследовании для оценки эффективности реакции шлака использовались отношения основности шлакового раствора (пасты) (CaO + MgO + Al 2 O 3 ) / SiO 2 . иллюстрирует взаимосвязь между прочностью на сжатие и основностью при разных сроках отверждения в условиях различных температур отверждения. Можно заметить, что прочность шлакового раствора в каждом возрасте увеличивалась с увеличением соотношения (CaO + MgO + Al 2 O 3 ) / SiO 2 в условиях различных температур отверждения, тем выше ( Соотношение CaO + MgO + Al 2 O 3 ) / SiO 2 , коэффициент замещения шлака ниже, что приводит к более высокой прочности на сжатие.Сравнивая эти три случая температуры отверждения, приблизительная кривая температуры отверждения 50 ° C была относительно плавной, что показало, что эффективность реакции шлака была выше, что привело к небольшой разнице в прочности. В условиях одинакового содержания (CaO + MgO + Al 2 O 3 ) / SiO 2 прочность на сжатие шлакового раствора увеличивалась с увеличением температуры отверждения. Аналогичным образом, с помощью уравнения Бога в соответствии с предыдущими исследованиями результаты расчета (C 2 S + C 3 S) / SiO 2 соответствовали результатам расчета основности.

    Взаимосвязь между прочностью и (CaO + MgO + Al 2 O 3 ) / SiO 2 раствора.

    3.4.3. Расчет коэффициента эффективности реакции шлака в строительном растворе

    В первых двух частях выше качественно обсуждалась реакционная способность шлака при различных температурах отверждения. Коджаба В. и др. изучил пять методов для измерения степени реакции шлака в смешанных пастах, он показал, что SEM-BSE-IA-картирование кажется многообещающим методом для понимания и количественной оценки степени реакции шлака по сравнению с селективным растворением и дифференциальной сканирующей калориметрией, но количественное описание в этих методах не производилось [30,31].Основываясь на пороговых значениях эффективных коэффициентов замещения шлака за 91 день при различных температурах отверждения, пороговое значение эффективного коэффициента замещения составило 70% при 20 ° C, что означает количество Ca (OH) 2 , произведенное на 30%. цемент в растворе можно было точно израсходовать до минимального значения за счет 70% шлака при 20 ° C, и не осталось лишнего шлака; пороговое значение снижается до 60% при 30 ° C и 50% при 50 ° C. Наряду с увеличением температуры отверждения, процентное содержание единицы объема шлака могло реагировать с большим количеством Ca (OH) 2 , произведенным более обычным портландцементом, эффективность реакции шлака значительно увеличилась.В результате, согласно следующему уравнению (5), коэффициент эффективности реакции шлака может быть рассчитан при различных температурных условиях отверждения. Например, при 20 ° C пороговое значение (rt) эффективного коэффициента замещения шлаком составляло 70%, количество цемента в растворе составляло 30% (1-rt), каждый 1% шлака может точно реагировать с Ca (OH ) 2 количество, произведенное из (1–70%) / 70% цемента в растворе при 20 ° C, коэффициент эффективности реакции шлака в растворе был рассчитан равным 0.42 в данном случае.

    где:

    • ET : Коэффициент эффективности реакции шлака в возрасте 91 дня при (t ° C), (%).

    • rt: Пороговое значение эффективного коэффициента замещения шлаком в растворе в возрасте 91 дня при (t ° C), (%).

    В отличие от коэффициента эффективности реакции при 20 ° C, коэффициенты эффективности реакции шлака при 30 и 50 ° C составляли 0,67 и 1 соответственно, что означает, что каждый 1% шлака может точно реагировать с количеством Ca ( OH) 2 производства 0.67% и 1% цемента в растворе. На этом основании оценка коэффициента реакции шлака может быть более интуитивной, чтобы отразить взаимосвязь между температурой отверждения и эффективностью реакции. Согласно следующему уравнению (6), можно получить коэффициенты эффективности реакции шлака при различных температурах отверждения. Он показывает, что температура отверждения и значения эффективности реакции линейно коррелируют, чем выше температура отверждения, тем сильнее стимулируется реакционная активность шлака и больше вклад шлака в прочность раствора, что приводит к более высокому коэффициенту эффективности реакции шлака. в ступке.

    где:

    Кроме того, эффективность реакции шлака при одинаковой температуре будет разной в зависимости от условий отверждения. В этом исследовании пытались достичь аналогичных условий отверждения, как при стандартном отверждении. С точки зрения полной гидратации и среды отверждения для образцов, небольшая среда вокруг образцов в условиях герметичного отверждения очень похожа на большую среду вокруг образцов при стандартных условиях отверждения, поэтому эффективность реакции шлака в условиях стандартное отверждение в воде можно сделать вывод на основании следующего уравнения (7).

    где:

    • EWT: Коэффициент эффективности реакции шлака в условиях стандартного отверждения при (t ° C),%.

    • ET : Коэффициент эффективности реакции шлака в условиях герметичного отверждения при (t ° C),%.

    • fc: Прочность обычного цементного раствора через 91 день при условии стандартного отверждения в воде (МПа).

    • fcs: Прочность обычного цементного раствора через 91 день в условиях герметичного отверждения в воде (МПа).

    Из уравнения (7), если fc> fcs , можно доказать, что стандартное отверждение лучше, чем герметичное отверждение, и поэтому коэффициент эффективности реакции шлака в условиях стандартного отверждения увеличивается, что приводит к EWT> ​​ET , и наоборот.

    иллюстрирует взаимосвязь между эффективным (избыточным) количеством шлака и коэффициентом замещения в условиях различных температур отверждения. В поворотной точке кривой количества избыточного шлака эффективное количество шлака достигло максимального значения; при появлении избыточного шлака эффективное количество шлака уменьшалось с увеличением коэффициента замещения.Кривые при различных температурах отверждения показали нормальное распределение и неравномерное нормальное распределение, эффективное количество шлака по обе стороны от точки поворота было одинаковым, а очень высокий избыток шлака привел к низкой прочности.

    Эффективное количество шлака и количество избыточного шлака в растворе.

    4. Выводы

    В этом исследовании были получены следующие результаты:

    (1) Верхний предел эффективного коэффициента замещения GBFS в шлаковых растворах большого объема зависит от эффективности реакции GBFS при различных температурах отверждения.Эффективность реакции шлака в строительном растворе увеличивалась с увеличением температуры отверждения на 20, 30 и 50 ° C соответственно; но пороговое значение эффективного коэффициента замещения шлака уменьшалось с повышением температуры отверждения противоположным образом. Избыточный и неэффективный шлак возник при низкой степени замещения при более высокой температуре.

    (2) Исходя из результатов прочности и количества Ca (OH) 2 различных шлаков, верхние пределы эффективного коэффициента замещения шлака при температуре отверждения 20,30 и 50 ° C составляют 70%, 60 % и 50% соответственно.Когда коэффициент замещения шлака ниже верхнего предела при каждой температуре, потери прочности по сравнению с обычным цементным раствором практически не наблюдается.

    (3) При низкой температуре (20 и 30 ℃), из-за низкой эффективности реакции GBFS в строительном растворе в раннем возрасте, прочность уменьшается линейно с коэффициентом замены до 91 дня. Напротив, при более высокой температуре 50 ℃ эффективность реакции шлака и процесс гидратации цемента может быть улучшена, а активность шлака может быть стимулирована для потребления Ca (OH) 2 в раннем возрасте отверждения.Очевидный поворотный момент кривой силы был обнаружен через 7 дней. Поскольку большое количество эффективного шлака было стимулировано для участия в реакции в раннем возрасте отверждения, развитие прочности раствора замедляется при более длительном времени отверждения из-за наличия неэффективного шлака.

    (4) При температуре отверждения 20 ° C значения k шлакового раствора при каждом коэффициенте замены через 91 день все были ниже единицы, что показывает, что способность шлака улучшать прочность была хуже, чем у обычного портландцемента.Напротив, при температуре отверждения 30 и 50 ° C значения k превышали единицу через 91 день, когда коэффициент замещения шлака в строительном растворе был ниже 70%, а способность шлака к повышению прочности явно повышалась.

    (5) Путем вывода эмпирической формулы коэффициент эффективности реакции шлака был рассчитан как 0,42 при 20 ° C, что означает, что каждый 1% шлака может точно реагировать с количеством Ca (OH) 2, произведенным 0,42 % цемента в растворе при 20 ° C. Напротив, коэффициенты эффективности реакции шлака были улучшены при 30 ° C и 50 ° C до 0.67 и 1 соответственно. На этой основе устанавливается соотношение между температурой отверждения и коэффициентом эффективности реакции, коэффициент эффективности реакции и верхний предел эффективного коэффициента замещения шлака при различных температурах могут быть рассчитаны непосредственно в практическом инженерном приложении. Кроме того, была определена формула преобразования для коэффициента эффективности реакции шлака при стандартных условиях отверждения, что обеспечило определенную справочную значимость для расчета коэффициента эффективности реакции шлака при различных условиях отверждения в практическом строительстве.

    (6) Термическое отверждение может ускорить раннее развитие прочности шлакового раствора или бетона большого объема. Хотя дальнейшее развитие прочности замедлилось, прочность все же была выше, чем у бетона при низкой температуре, что может соответствовать требованиям конструкции. Этот результат может служить ориентиром для проектов быстрого строительства и аварийного ремонта.

    (7) В связи с ограничением условий, эта статья направлена ​​на изучение верхних пределов эффективной скорости замещения GBFS при различных температурах отверждения, уточняется взаимосвязь между температурой отверждения и коэффициентом эффективности реакции GBFS, формула расчета для эффективности реакции Установлен температурный коэффициент GBFS и предложена формула пересчета коэффициента реакции GBFS при различных условиях отверждения.Таким образом, можно рассчитать коэффициенты эффективности реакции при различных условиях отверждения, таких как стандартное отверждение или отверждение на воздухе, что обеспечивает теоретическую основу для практического строительства. Что касается того, как инженеры собираются отверждать образцы и в то же время держать их под водой и отверждать при повышенных температурах, их можно постоянно нагревать с помощью циркуляционного нагревательного насоса или нагревателя, чтобы поддерживать высокую и стабильную температуру.

    Благодарности

    Это исследование также было поддержано Токийским столичным университетом.

    Вклад авторов

    Концептуализация, L.W. и H.Q .; Методология, HQ. и Q.L .; Программное обеспечение, H.Q .; Валидация, L.W., H.Q. и Q.L .; Формальный анализ, L.W. и H.Q .; Расследование, L.W .; Ресурсы, H.Q. и Q.L .; Data Curation, L.W. и H.Q .; Письмо — Подготовка оригинального черновика, L.W .; Написание — обзор и редактирование, HQ; Визуализация, Q.L .; Надзор, Q.L .; Администрация проекта, L.W. и Q.L .; Приобретение финансирования, L.W. и Q.L.

    Финансирование

    Это исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая (грант №51808310), Национальный фонд естественных наук Китая (грант № 51878366), Фонд естественных наук провинции Шаньдун (грант № ZR2019PEE007 и грант № ZR2016GM06) и Фонд научных исследований высокого уровня для внедрения талантов Сельскохозяйственного университета Циндао ( Грант № 1118034).

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Ссылки

    2. Цзян Л., Ли К., Ван К., Сюй Н., Чу Х. Использование гипса для десульфуризации дымовых газов в качестве активирующего агента для шлакобетона с большим объемом.J. Clean. Prod. 2018; 205: 589–598. DOI: 10.1016 / j.jclepro.2018.09.145. [CrossRef] [Google Scholar] 3. Исида Т., Луан Ю., Сагава Т., Нава Т. Моделирование поведения доменного шлакобетона в раннем возрасте на основе микрофизических свойств. Джем. Concr. Res. 2011; 41: 1357–1367. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2011.06.005. [CrossRef] [Google Scholar] 4. Ахмед Ф.А.Разработка более экологичного цемента, активируемого щелочами: Использование карбоната натрия для активирования шлаков и шлаковых смесей. Чистый. Prod. 2016; 113: 66–75. [Google Scholar] 5.Рашад А.М. Обзор реологии, механических свойств и долговечности шлака большого объема, используемого в качестве замены цемента в пасте, растворе и бетоне. Констр. Строить. Матер. 2018; 187: 89–117. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2018.07.150. [CrossRef] [Google Scholar] 6. Шен Д.Дж., Лю К.К., Вэнь С.Ю., Шен Ю.К., Цзян Г.К. Устойчивость к растрескиванию измельченного гранулированного доменного шлакового бетона. Констр. Строить. Матер. 2019; 222: 278–287. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2019.06.028. [CrossRef] [Google Scholar] 7.Хан-Сын Л., Ван X.-Y. Оценка развития прочности на сжатие и глубины карбонизации шлакобетона большого объема. Констр. Строить. Матер. 2016; 124: 45–54. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.07.070. [CrossRef] [Google Scholar] 8. Кали П.С., Динакар П., Умеш К.С. Использование большого количества промышленного шлака в самоуплотняющемся бетоне. Чистый. Prod. 2016; 112: 581–587. [Google Scholar] 9. Сальвадор Р.П., Рэмбо Д.А., Буэно Р.М., Сильва К.Т., Де Фигейредо А.Д. Об использовании доменного шлака при нанесении напыляемого бетона.Констр. Строить. Матер. 2019; 218: 543–555. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2019.05.132. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Хосокава Д. Исследование по оценке термической трещины с использованием механических свойств с учетом температуры и влажности бетона с доменным шлаком. Hosei Univ. Репо. 2012; 1: 127–135. [Google Scholar] 11. Сайто Т., Учида Т., Ли Ю.С., Оцуки Н. Влияние температуры отверждения на гидратированные продукты доменного шлакового цемента и его пористость на ранней стадии гидратации.J. Soc. Матер. Sci. Jpn. 2009. 58: 715–720. DOI: 10.2472 / jsms.58.715. [CrossRef] [Google Scholar] 12. Нагао Ю., Судзуки К. Основные свойства и использование бетона, отверждаемого паром с использованием измельченного гранулированного доменного шлака. J. Nippon. Стали. 2014; 399: 127–131. [Google Scholar] 13. Бугара А., Линсдейл К., Milestone N.B. Влияние свойств шлака, параметров смеси и температуры выдержки на гидратацию и развитие прочности шлакоцементных смесей. Констр. Строить. Матер. 2018; 187: 339–347. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2018.07.166. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Хусейн Г.Ф., Мирза Дж., Исмаил М., Хусин М.В. Влияние различных температур отверждения и щелочных активаторов на свойства геополимерных растворов GBFS, содержащих летучую золу и золу из пальмового топлива. Констр. Строить. Матер. 2016; 125: 1229–1240. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.08.153. [CrossRef] [Google Scholar] 15. Огиригбо О.Р., Блэк Л. Влияние состава и температуры шлака на гидратацию и микроструктуру цементов с шлаковой смесью. Констр.Строить. Матер. 2016; 126: 496–507. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.09.057. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Хань Ф.Х., Хэ X.J., Чжан З.К., Лю Дж.Х. Теплота гидратации шлака или летучей золы в композиционном связующем при различных температурах. Термохим. Acta. 2017; 655: 202–210. DOI: 10.1016 / j.tca.2017.07.002. [CrossRef] [Google Scholar] 17. Рашад А.М. Исследование шлаковых паст с очень большим объемом, подверженных повышенным температурам. Констр. Строить. Матер. 2015; 74: 249–258. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2014.10.019.[CrossRef] [Google Scholar] 18. Рибейро А.Б., Сантос Т., Гонсалвеш А. Характеристики бетона, подвергшегося естественной карбонизации: использование концепции k-значения. Констр. Строить. Матер. 2018; 175: 360–370. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2018.04.206. [CrossRef] [Google Scholar] 19. Ведалакшми Р., Радж А.С., Сринивасан С., Бабу К.Г. Количественная оценка гидратированных цементных изделий из смешанных цементов в бетоне низкой и средней прочности с использованием методик TG и DTA. Термохим. Acta. 2003. 407: 49–60. DOI: 10.1016 / S0040-6031 (03) 00286-7.[CrossRef] [Google Scholar] 20. Сюй Г.Д., Тиан К., Мяо Дж. Х., Лю Дж. П. Гидратация и механические свойства шлакового и шлакобетона большого объема при различных температурах отверждения. Констр. Строить. Матер. 2017; 149: 367–377. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2017.05.080. [CrossRef] [Google Scholar] 21. Шейх Ф.У.А., Хосан А. Влияние нанокремнезема на прочность при сжатии и микроструктуру доменного шлака большого объема и смешанных паст из доменного шлака и летучей золы большого объема. Поддерживать. Матер. Technol.2019; 20: e00111. DOI: 10.1016 / j.susmat.2019.e00111. [CrossRef] [Google Scholar] 22. Абделли К., Тахлаити М., Беларби Р., Оуджит М.Н. Влияние пуццолановой реактивности доменного шлака (BFS) и метакаолина на растворы. Энергетические процедуры. 2017; 139: 224–229. DOI: 10.1016 / j.egypro.2017.11.200. [CrossRef] [Google Scholar] 23. Кая А., Устабаш И., Устабаш И. Сравнение пуццолановой активности обсидиана со свойствами летучей золы и доменного шлака. Констр. Строить. Матер. 2018; 164: 297–307.[Google Scholar] 24. Огиригбо О.Р., Блэк Л. Связывание и диффузия хлоридов в шлаковых смесях: влияние состава и температуры шлака. Констр. Строить. Матер. 2017; 149: 816–825. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2017.05.184. [CrossRef] [Google Scholar] 25. Хуанг Х., Хуанг Т., Юань К., Чжоу Д., Дэн Д., Чжан Л. Температурная зависимость структурного наращивания и ее связь с кинетикой гидратации цементного теста. Констр. Строить. Матер. 2019; 201: 553–562. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2018.12.226. [CrossRef] [Google Scholar] 26.Кокубу К., Мурата Ю., Такахаши С. Исследования адиабатического повышения температуры и гидратации портландцементного бетона, содержащего измельченный гранулированный доменный шлак. Добоку Гаккай Ронбуншу. 1988. 9: 39–48. DOI: 10.2208 / jscej.1988.396_39. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Грюярт Э., Маес М., Де Бели Н. Производительность бетона BFS: концепция k-Value по сравнению с концепцией эквивалентной производительности. Констр. Строить. Матер. 2013; 47: 441–455. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2013.05.006. [CrossRef] [Google Scholar] 28. Огава Ю., Удзи К., Уэно А. Влияние изменения температуры отверждения на характеристики летучей золы как вяжущего материала. J. Jpn. Soc. Civ. Англ. Сер. E2 (Mater. Concr. Struct.) 2011; 67: 482–492. DOI: 10.2208 / jscejmcs.67.482. [CrossRef] [Google Scholar] 29. Ван В.Л., Сюэ Л.В., Чжан Т.С., Чжоу Л., Пан З. Термодинамическое коррозионное поведение огнеупоров Al 2 O 3 , ZrO 2 и MgO в контакте с рафинировочным шлаком с высокой основностью. Ceram. Int. 2019; 45: 20664–20673. DOI: 10.1016 / j.ceramint.2019.07.049. [CrossRef] [Google Scholar] 30. Коджаба В., Галуччи Э., Скривенер К.Л. Методы определения степени реакции шлака в цементных смесях. Джем. Concr. Res. 2012; 42: 511–525. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2011.11.010. [CrossRef] [Google Scholar] 31. Хань Ф.Х., Лю Дж.Л., Янь П.Ю. Сравнительное изучение степени реакции минеральной примеси методом избирательного растворения и анализа изображений. Констр. Строить. Матер. 2016; 114: 946–955. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.03.221. [CrossRef] [Google Scholar]

    Влияние температуры на развитие прочности строительных смесей с GGBS и летучей золой — Королевский университет Белфаста

    TY — JOUR

    T1 — Влияние температуры на развитие прочности строительных смесей с GGBS и летучей золой ash

    AU — Soutsos, Marios

    AU — Hatzitheodorou, Alexandros

    AU — Kanavaris, Fragkoulis

    AU — Kwasny, Jacek

    PY — 2017/8

    Y1 — 2017/8 использованные имели среднюю прочность за 28 дней 50 и 30 МПа, а также имели частичную замену портландцемента (ПК) измельченным гранулированным доменным шлаком (GGBS) и летучей золой (FA).Эти смеси использовались в британском проекте по отливке блоков, стен и плит. Развитие прочности «эквивалентных» строительных смесей определялось в лаборатории при температурах отверждения 10, 20, 30, 40 и 50 ° C. Высокие температуры отверждения положительно влияют на прочность в раннем возрасте, но отрицательно сказываются на долговременной прочности. Было показано, что GGBS более чувствителен к высоким температурам отверждения, чем PC и FA, и это отражается в его более высокой «кажущейся» энергии активации.Была проверена точность оценок силы, полученных из функций зрелости. Температурная зависимость функции Медсестры-Саула, то есть скорость увеличения прочности бетона изменяется линейно с температурой, не была достаточной для учета повышения прочности в раннем возрасте в результате высоких температур отверждения. С другой стороны, функция, основанная на Аррениусе, переоценила их из-за пагубного влияния высокой температуры отверждения на прочность, начиная с очень раннего возраста. Обе функции переоценивают долговременную прочность, поскольку ни одна из них не учитывает пагубное влияние высоких температур отверждения на предельную прочность на сжатие.

    AB — Используемые бетонные смеси имели среднюю прочность за 28 дней 50 и 30 МПа, а также частично заменяли портландцемент (PC) измельченным гранулированным доменным шлаком (GGBS) и летучей золой (FA). Эти смеси использовались в британском проекте по отливке блоков, стен и плит. Развитие прочности «эквивалентных» строительных смесей определялось в лаборатории при температурах отверждения 10, 20, 30, 40 и 50 ° C. Высокие температуры отверждения положительно влияют на прочность в раннем возрасте, но отрицательно сказываются на долговременной прочности.Было показано, что GGBS более чувствителен к высоким температурам отверждения, чем PC и FA, и это отражается в его более высокой «кажущейся» энергии активации. Была проверена точность оценок силы, полученных из функций зрелости. Температурная зависимость функции Медсестры-Саула, то есть скорость увеличения прочности бетона изменяется линейно с температурой, не была достаточной для учета повышения прочности в раннем возрасте в результате высоких температур отверждения.

    Ответить

    Ваш адрес email не будет опубликован.

    Минеральная добавка Вт / (SL + C) (%) Коэффициент замены
    SL / (SL + C) (%)
    Содержание единицы
    (кг / м 3 )
    W C SL S
    Доменный шлак 50 0 306 612 0 1310
    4035 91 243 1310
    50 302 302 302 1310
    60 300 240 360 1310
    7035 91 608 900 91 417 1310
    80 298 119 476 1310
    90 295 59 531 1310
    Цемент 40 0 279 698 0 1310
    60 0 327 546 010