Укладка бетона при низких температурах: Температурный режим при заливке бетона

Температурный режим при заливке бетона

Чтобы готовое изделие из бетона, после заливки, набрало необходимую проектную прочность и прослужило долгие годы, необходимо соблюдать температурный режим во время твердения. Оптимальная температура для твердения бетона +20С, при которой бетон набирает прочность за 28 суток. Но что делать, если вы заливаете фундамент осенью, когда температура воздуха чуть выше нуля? Современные технологии позволяют справиться с этой проблемой. Более того, при соблюдении определённых мер, бетонные работы можно производить даже зимой.

Процесс набора прочности бетонных конструкций

Чтобы ответить на вопрос: «При какой температуре можно заливать бетон?», необходимо понять, что происходит с бетоном во время твердения. После приготовления бетонной смеси в ней начинает происходить химическая реакция между водой и цементом. Этот процесс называют гидратацией цемента, которая проходит две стадии:

• схватывание
• твердение

При схватывании в реакции участвуют алюминаты (С3А). В результате образуются иглообразные кристаллы, которые связываются между собой. Спустя 6 — 10 часов из этих кристаллов образуется подобие скелета.

С этого момента начинается твердение бетона. Здесь уже вступают в реакцию с водой клинкерные минералы (C3S и C2S) и начинает формироваться силикатная структура. В результате этой реакции образуются мелкие кристаллы, которые объединяются в мелкопористую структуру, что по сути и является бетоном.

Влияние отрицательной температуры на твердение бетона

Скорость течения гидратации сильно зависит от температуры. Снижение температуры с +20С до +5С увеличивает время твердения бетона до 5 раз. Но особенно резко замедляется реакция при дальнейшем снижении до 0С. А при отрицательной температуре гидратация прекращается, т.к. вода замерзает. Как известно, вода при замерзании расширяется. Это приводит к увеличению давления внутри бетонной смеси и разрушению сформировавшихся связей кристаллов. Как следствие происходит разрушение структуры бетона. Также образовавшийся лёд обволакивает крупные элементы заполнителей смеси (щебень, арматуру), разрушая их связи между цементным тестом. Это приводит к ухудшению монолитности конструкции.

При оттаивании воды процесс твердения возобновляется, но уже при деформированной структуре бетона. Что может привести не только к отслоению арматуры и больших элементов заполнителя бетонной смеси, но и к трещинам. Естественно, прочность такой бетонной конструкции будет гораздо меньше расчетной.

Следует заметить, что чем раньше бетон подвергся замораживанию, тем меньше будет его прочность.

Бетонирование зимой

Так как низкая температура значительно снижает скорость твердения, а мороз губительно сказывается на конструкции в целом, значит бетон надо согреть. Причем необходимо обеспечить равномерный прогрев. Минимальная температура для заливки бетона должна быть выше +5С. Если температура внутри смеси будет больше температуры снаружи смеси, то это может привести к деформации конструкции и образованию трещин. Прогревают бетон до момента набора критической прочности. При отсутствии данных в проектной документации о значении критической прочности она должна быть не менее 70% от проектной прочности. Если установлены требования по показателям морозостойкости и водонепроницаемости, то критическая прочность должна быть не менее 85% от проектной.

При заливке бетона в минусовую температуру используют разные технологии прогрева бетона. Чаще всего применяют способы:

• Термоса
• Электронагрева
• Паропрогрева

Метод термоса

Данный метод используется при массивных конструкциях. Он не требует дополнительного обогрева, но температура укладываемой смеси должна быть более +10С. Суть данного метода состоит в том, чтобы уложенная смесь, остывая, успела набрать критическую прочность. Химическая реакция твердения бетона является экзотермической, т.е. выделяется тепло. Поэтому, бетонная смесь подогревает сама себя. При отсутствии теплопотерь бетон может разогреться до температуры более 70С. Если опалубку и открытые поверхности защитить теплоизолирующим материалом, снизив таким образом теплопотери твердеющего бетона, вода не замерзнет и бетонная конструкция будет набирать прочность.

Для реализации метода термоса не требуется дополнительного оборудования, поэтому он является экономичным и простым.

Электронагрев бетонной смеси

Если в установленные сроки нельзя обеспечить набор критической прочности методом термоса, то прибегают к электронагреву. Разделяют три основных способа:

• прогрев электродами
• индукционный нагрев
• использование электронагревательных приборов

Способ прогрева электродами заключается в следующем, в свежеуложенную смесь вводят электроды и подают на них ток. При протекании электрического тока электроды нагреваются и обогревают бетон. Следует отметить, что ток должен быть переменным, т.к. при постоянном токе происходит электролиз воды с выделением газа. Этот газ экранирует поверхность электродов, сопротивление тока возрастает и нагрев существенно снижается. Если в конструкции используется железная арматура, то её можно использовать в качестве одного из электродов. Важно обеспечить равномерность прогрева бетона, и осуществлять контроль температуры. Она не должна превышать 60С.

Расход электроэнергии при данном способе варьируется в пределах 80 – 100 кВт*ч на 1 м3 бетона.

Индукционный прогрев используется редко, в силу сложности реализации. Он основан на принципе бесконтактного нагрева электропроводящих материалов токами высокой частоты. Вокруг стальной арматуры обматывают изолированный провод и пропускают через него ток. В результате появляется индукция и происходит нагрев арматуры.

Расход энергии при индукционном прогреве составляет 120 – 150 кВт*ч на 1 м3 бетона.

Ещё один из способов электронагрева бетона – это применение электронагревательных приборов. Существуют греющие маты, которые раскладываются на поверхности бетона и включаются в сеть. Так же можно соорудить над бетоном подобие палатки и уже внутри поставить электронагревательные приборы, например тепловую пушку. Но в данном случае необходимо позаботиться об удержании влаги в бетоне, не допустить преждевременного высыхания.

При температуре окружающего воздуха -20С расход электроэнергии, при данном методе, будет составлять 100 — 120 кВт*ч на 1 м3 бетона.

Паропрогрев бетона

Прогрев бетона паром является весьма эффективным и рекомендуется для тонкостенных конструкций. С внутренней стороны опалубки создаются каналы, через которые пропускают пар. Можно сделать двойную опалубку и пропускать пар между её стенками. Так же можно проложить трубы внутри бетона, и пропускать пар по ним. Бетон этим способом нагревают до 50 – 80С. Такая температура и благоприятная влажность ускоряет твердение бетона в несколько раз. Например, за двое суток, при данном методе, бетон набирает такую же прочность как при недельном твердении в нормальных условиях.

Но у этого метода есть существенный недостаток. Требуются внушительные затраты на его организацию.

Использование присадок

Ещё одним способом зимнего бетонирования является использование химических ускорителей твердения и противоморозных добавок. К ним относятся хлористые соли, нитрит натрия, карбонат кальция и др. Эти добавки понижают температуру замерзания воды и ускоряют гидратацию цемента. Их использование позволяет обойтись без прогрева бетона. Некоторые добавки повышают морозостойкость бетона, тем самым гидратация происходит даже при -20С.

Использование присадок обладает рядом недостатков. Их наличие в смеси пагубно сказывается на арматуре, начинается процесс коррозии. Поэтому использовать их можно только в неармированной конструкции. Также, при использовании противоморозных добавок, в зимний период, бетон наберёт прочность не более 30%. При наступлении плюсовой температуры произойдет оттаивание и дальнейший процесс набора прочности. Поэтому в бетоне, работающем при динамических нагрузках (фундамент под вибростанки, молоты и т.д.), использовать добавки нельзя.

Бетонирование в условиях сухого жаркого климата

Наряду с холодом бетон боится жары. Если температура окружающего воздуха превышает 35С и влажность менее 50%, то это способствует повышенному испарению воды из бетонной смеси. В результате водноцементный баланс нарушается и процесс гидратации замедляется или вовсе прекращается. Поэтому необходимо применять определённые меры по защите смеси от потери влаги. Можно понизить температуру свежеприготовленной смеси, если использовать охлаждённую воду, либо разбавить воду льдом. Этот нехитрый способ позволит избежать значительной потери воды при укладке смеси. Но через некоторое время смесь нагреется, поэтому следует позаботиться о дальнейшей герметичности конструкции. Опалубка должна быть герметичной, чтобы избежать потерь влаги через трещины. Впитывающую поверхность опалубки необходимо обработать специальным составом, ограничивающим сцепку с бетоном и поглощение влаги из него.

Необходимо оградить твердеющий бетон от воздействия прямых солнечных лучей. Для этого поверхность бетона укрывают мешковиной или брезентом. Через каждые 3 — 4 часа необходимо производить смачивание поверхности. Причём период увлажнения может достигать 28 суток, т.е. до полного набора прочности.

Одним из способов защиты при дефиците воды является возведение над поверхностью бетонной конструкции воздухонепроницаемого колпака из плёнки ПВХ толщиной не менее 0,2 мм.

Заключение

При +20С бетон набирает прочность за 28 суток. Бетонная смесь, без использования методов нагрева или охлаждения, твердеет при температуре от +5С до +35С. Но время набора проектной прочности будет разным. Чем выше температура смеси, тем быстрее она твердеет. Для заливки бетона выходящего за рамки указанной температуры, необходимо использовать определённые методы.

При отрицательных температурах надо прибегать к методам нагрева на протяжении всего срока набора критической прочности. Необходимо чтобы нагрев смеси был равномерным, без больших перепадов температуры в центре и на периферии. Так же необходимо осуществлять постоянный контроль за температурой.

Если же температура выше +35С, то необходимо принимать меры по охлаждению смеси в момент приготовления, транспортировки и укладки. Это делается для предотвращения потери воды и, как следствие, нарушению водноцементного баланса, что негативно сказывается на прочности бетонной конструкции. После укладки необходимо либо увлажнять бетон, либо обеспечить герметичность конструкции.

Бетонные работы при низких температурах: все нюансы и правила

Построить дом, в котором будет собираться большая семья, чтобы вместе отметить праздники и радостные события – мечта любого мужчины. Как правило, у каждого хозяина, желающего построить свой дом, возникает множество вопросов, в которых он желает разобраться самостоятельно, не обращаясь к помощи специалистов. Это и самолюбие потешит и немало денег сэкономит. Однако большинство мужчин останавливает одна и та же проблема – решить, в какое время года строить дом. Раньше считалось, что это возможно только летом, но научный прогресс позволяет строить жилье и зимой. Единственный нюанс – стоит заранее выяснить, при какой температуре можно производить бетонные работы.

Преимущества и недостатки зимних работ

Бетонирование при отрицательных температурах имеет свои преимущества и изъяны, о которых нельзя забывать.

Преимущества:

1. Возможность залить бетон на сыпучем грунте. В тёплое время года почва осыпается, что затрудняет качественную укладку покрытия.
2. Меньшая стоимость работ. Зимний период традиционно считается неподходящим для строительства, поэтому многие магазины делают скидки на материалы, необходимые для строительства дома.
3. Ускоренное оказание услуг. Неприятная погода буквально заставляет сотрудников работать быстрее, что значительно снижает временные затраты.

Недостатки:

1. При выборе рабочих следует рассматривать мастеров, которые способны выполнять заливку бетона зимой. Это связано с тем, что большинство строителей работают только летом.
2. Велик риск того, что бетонная смесь замёрзнет, и строительные работы придётся приостановить до тех пор, пока температура внешней среды не достигнет положительных значений.
3. Зимой световой день короче, чем летом, поэтому потребуется купить оборудование для дополнительного освещения. Как правило, это требует немалых растрат.
4. Заливка фундамента на замёрзшую землю грозит проседанием и возникновением трещин, так как при размерзании земля проседает.

Как влияют на бетон отрицательные температуры?

Согласно п. 5.3.15. СП 70.13330.2012 СНиП 3.03.01-87, проведение укладки бетона при отрицательных температурах возможно только при создании особых условий, обеспечивающих необходимые свойства бетона.

Качество раствора при различных температурах

Укладка бетона при минусовой температуре приводит к появлению неисправимых изменений в структуре.

В связи с этим следует помнить об особенностях работы в зимнее время:

• раствор, приготовленный в летний зной, имеет более высокую стойкость и быстрее застывает, чем смесь, приготовленная зимой;
• при работе в ледяной холод качество раствора резко падает. Об этом свидетельствует видимая деформация изделия. Поэтому температура укладки бетона должна быть выше 0°C.

Физико-химические процессы

Созревание бетона при низких температурах занимает большее количество времени и рискованно появлением дефектов на готовой конструкции. Самой низкой температурой для естественного протекания процесса считается +4 °C.

Гидратация бетона при отрицательных температурах замедляется, химически несвязанная вода переходит в состояние льда, увеличивая свой объём на 9,7 %. Из-за этого в смеси возникают напряжения, которые разрушают его структуру. Замёрзший бетон обретает высокую прочность благодаря сцеплению молекул замёрзшей воды, но это ненадолго.

При увеличении температуры внешнего мира выше 0 градусов, вода начнёт оттаивать, что возобновит гидратацию. Но изменение структуры бетона не позволит набрать необходимую проектную прочность. Исследования показывают, что влияние пониженной температуры не меняет физико-химические характеристики бетона, если до замерзания смесь набрала 30-50% проектной прочности.

Схватывание и твердение бетона при низких температурах по дням

Чтобы выяснить наиболее подходящее время для начала проведения строительных работ, следует обратить внимание на график, где показано твердение бетона при низких температурах. Каждый производитель строительного материала размещает таблицу с информацией о застывании бетона при низких температурах на упаковке. Лучшим временем считается момент, когда прочность бетона составляет не менее 72%. Чтобы лучше понимать, как рассчитать время работы, следует изучить пример, в котором описано схватывание бетона при низких температурах по дням.

Методы зимнего бетонирования

Если работа осуществляется при пониженной температуре, то следует заранее позаботиться о том, чтобы раствор не замерзал. Опытные строители выбрали несколько способов, которые позволяют выполнять производство бетонных работ при отрицательных температурах.

Повышение температуры в процессе замеса

Работа при показателях ртутного столбика ниже 0°C отличается своей спецификой. Прежде чем укладывать смесь, необходимо её нагреть до определённой температуры. Процедура направлена на повышение порога критической прочности бетона. Это величина, определяющая минимальную прочность, которую нужно набрать бетону до обморожения. Работа в холод повышает риск того, что разрушится структура бетона и его дальнейшее вызревание будет невозможно.

Подогрев и утепление раствора

Научные достижения предлагают немало различных методик, позволяющих добиться необходимой температуры.

Среди наиболее популярных выделяют:

1. Внутренний подогрев строительной конструкции. Изнутри перекрытия закладывают специальные провода. Это создаёт необходимые условия для застывания раствора.
2. Обогрев смеси с внешней стороны. Повышают температуру окружающей среды на определённом участке строительных работ. Для успешного бетонирования используют тепловые пушки (строительные обогреватели) и разборные сооружения («тепляки»).
3. Несъёмная теплоизоляционная опалубка. Такой метод применим, если температура внешнего мира будет не менее — 5°C. Эта система обеспечивает условия для твердения бетона с помощью требуемой температуры.

Использование противоморозных добавок

Опытные мастера вместе с подогревом раствора применяют противоморозные добавки.

Профессионалы утверждают, что это доступный и простой метод бетонирования при низких температурах. Составы делят на 2 группы:

1. Тормозящие процесс кристаллизации воды. Составы содержат компоненты, которые обеспечивают полимеризацию раствора в холод.
2. Ускоряющие затвердевание. Используя эти компоненты, строители сокращают время затвердевания бетона.

Как правило, противоморозные компоненты составляют 2-10% от цементной основы. Их использование делает возможным осуществление работы при температуре -25 °C.

Среди наиболее распространённых противоморозных добавок:

• углекислый калий (поташ). Свою популярность этот компонент приобрел за счёт того, что не провоцирует образования ржавчины на металлических конструкциях. Процесс полимеризации продолжается даже при температуре -25 °C. Использование поташа гарантирует отсутствие соляных следов. Однако углекислый калий имеет свою особенность – смесь быстро схватывается. Так что рекомендуется использовать раствор не позже, чем через 50 минут с момента приготовления;
• нитрит натрия. Этот модификатор даёт возможность проводить строительные работы при температуре до -19 °C, а также наделяет антикоррозийными свойствами. Однако использование этого компонента приводит к появлению солевых следов на готовом изделии;
• хлорид кальция. Способствует застыванию бетона, даже если на улице -20 °C, а также увеличивает скорость схватывания смеси. В силу своей природы, состав может оставлять соляные разводы на застывшем бетоне.

Особенности заливки бетона при разных погодных условиях

Заливка бетона в жаркую погоду

Заливка бетона в палящий зной станет настоящим испытанием для тех, кто любит медлить.

Пол быстро затвердевает, поэтому необходимо придерживаться определённых правил:

• обязательное использование гидроизоляции. Даже если она не требуется в силу погодных условий, её наличие не позволит влаге просачиваться в грунт;
• большее количество сотрудников увеличит скорость выполнения работы и обеспечит качественное покрытие поверхности;
• отделка плиты двумя способами – с алюминиевой тёркой и стальным предметом, обеспечит качественное покрытие;
• чтобы получить немного дополнительного времени на выполнение работы, следует использовать более влажную смесь;
• следует приступать к увлажнению плиты сразу после того, как затвердела обработанная поверхность.

Работа в прохладное время года

При работе в морозную погоду бетон твердеет медленно. Когда плита будет уложена, нужно выждать не менее часа, прежде чем приступить к ручной затирке.

В силу того, что выполнение этого этапа требует большей скорости, чем те же самые действия в жаркий день, то необходимо следовать некоторым советам:

• не стоит увлажнять бетон больше, чем необходимо;
• если погодные условия не требуют использования полиэтиленовой гидроизоляции, стоит дать возможность влаге выйти в грунт. Это ускорит затвердевание бетона;
• следует заполнять участок смесью как можно раньше, это обеспечит более быструю готовность работы, так как днём температура воздуха более высокая, соответственно, смесь застывает быстрее.

Заливка бетона в холодную погоду

Заливка бетона при отрицательных температурах требует создания особых условий. Раствор не должен замерзать, иначе тонко отшлифованная поверхность плиты станет кашеобразной.

Чтобы обеспечить наиболее качественное покрытие при выполнении работ в холодную погоду, требуется запомнить некоторые особенности:

• следует попросить поставщика, чтобы он смешивал раствор тёплой водой в те дни, когда температура ниже точки замерзания. Это помогает избежать проблем при транспортировке смеси;
• добавление в состав смеси негашёной извести ускоряет первоначальное затвердевание бетона и позволит более стойко сопротивляться разрушающим факторам при оттаивании или замораживании. Количество извести обычно составляет 0,5 — 2% от массы смеси;
• важно помнить о том, что использование большого количества смеси также проблематично, как и работа в жаркую погоду. Добавление извести делает состав агрессивным по отношению к стали, этот компонент нельзя использовать при работе с бетоном, усиленном стальными конструкциями;
• следует убедиться в том, что подушка из щебня не замёрзла;
• необходимо обеспечить дополнительный обогрев здания, в котором ведутся работы;
• покрыть готовую плиту полиэтиленом и накрыть слоем сена или соломы, толщиной более 100 мм, чтобы обеспечить теплоизоляцию.

Рекомендации при зимнем бетонировании

В силу своего химического состава, бетон при минусовой температуре не способен сохранить хорошее качество.

При желании совершить укладку смеси в холод, следует придерживаться некоторых правил:

• необходимо подготовить вспомогательные конструкции. Требуется очистить опалубку от льда и осадков и разогреть арматурные конструкции и дно до достижения требуемой температуры. Для этого потребуются обогревательные элементы;
• использование плиточного фундамента. Это делает невозможным поддержание необходимой температуры в ледяной холод. Опытные строители заливают такой тип основания только при показателях ртутного столба выше 0°C или небольших заморозках;
• применение ленточного фундамента в качестве основания. В силу возможности поэтапного выполнения работы, такой вариант наиболее приемлем для возведения жилья в холодную погоду. Лучше создавать обогревательные комплексы для застывания бетона на определённых участках;
• непрерывность работы. Если фундамент необходимо заливать частями, каждую последующую локацию необходимо заполнить до того, как схватиться первая;
• совмещение методов. Практика показывает, что лучшего результата удаётся достичь при использовании нескольких методов зимнего бетонирования.

Даже несмотря на всю доступность стройки в морозное время года, необходимо помнить о том, что это влечёт за собой лишние затраты времени, денег и сил. Поэтому лучше заливать бетон в тёплое время года.

оптимальный диапазон в различное время года

Прочность фундамента строения определяется качеством раствора, соблюдением последовательности его укладки и погодными условиями в конкретной местности. Поэтому необходимо выяснить, при какой температуре можно заливать бетон в теплый и холодный сезон.

Особенности набора прочности бетонными конструкциями

Чтобы уточнить, при какой температуре воздуха можно заливать цементную смесь, нужно разобраться с процессом отвердевания. В готовом растворе происходит реакция между компонентами цемента и воды – гидратация. Процесс протекает в два этапа:

• схватывание при участии алюминатов СЗА. Внутри бетона генерируются кристаллы-иголки, связывающиеся друг с другом. Через 6-10 часов образуется своеобразный скелет смеси;
• твердение с участием клинкерных минералов C3S и C2S. Во время твердения бетона формируется силикатная мелкопористая масса из мелких кристаллов.

Интересно знать! При низких температурах вода в фундаменте становится льдом, что приводит к окончанию твердения и схватывания.

Опасность влияния минусовых температур на состояние смеси

Скорость реакций гидратации и набора прочности бетоном привязаны к температуре окружающей среды. При ее понижении с +20 до +5 градусов время твердения увеличивается в 5 раз. Процесс застывания проходит еще медленнее, если на улице похолодало до нуля.

Замерзание воды при отрицательной температуре приводит к ее расширению. Далее происходит повышение давления внутри смеси, которое становится причиной распада кристаллической решетки. Последствие реакции – разрушение фундамента и ухудшение свойств монолитности из-за обволакивания льдом заполнителей.

Важно! После оттаивания жидкости процесс отвердевания восстанавливается, но качество бетона будет хуже – арматура отслаивается, а монолит растрескивается.

Какая температура воздуха является приемлемой для раствора?

Специалисты выяснили, при какой оптимальной температуре воздуха следует и можно заливать готовый бетон. Работы по строительству фундамента лучше проводить в промежутке от +5 до +15°. Уличный температурный режим в пределах от +5 до минус 3° предусматривает, что свежеуложенный бетон марки М200 весом 240 г/м³ должен быть не ниже +5 градусов.

На заметку! При использовании меньшего количества цемента оптимальная внутренняя температура состава равняется  +10°.

Показатели морозостойкости различных марок бетона

Чтобы выяснить, до какой самой низкой минусовой температуры на улице можно строить фундамент и заливать бетон, необходимо разобраться в его морозостойкости. Данная характеристика влияет на количество циклов заморозки и оттаивания смеси без потери ею не более 5 % прочности.

ГОСТом 10060-2012 регламентированы 5 групп морозостойкости производимых марок бетона:

• F50 – низкая устойчивость к замерзанию свойственна смесям М100 и М150, поэтому их применяют для внутренних работ;
• F100 – марки бетона М200 и М250 отличаются нормальной устойчивостью, но подходят только для строительства домов в теплом или умеренном климате;
• F150-300 – составы с маркировкой М300, М350 и М400 актуальны при постоянных низких температурах и на почвах с большой глубиной промерзания;
• F300-500 – такой показатель морозустойчивости у марок М450, М500, М550 и М600, рекомендованных для работ в условиях северных областей.

Важно! Составы F500-1000 не используются для частного строительства, они подходят только для промышленных зданий, исследовательских и военных комплексов.

Технология и особенности заливки в осеннее время

При какой средней летней температуре начинать строительство? Теплое время года – от +15 до +30 градусов подходит для строительных работ. Заливка бетона летом допустима. Единственное условие – защита свежеуложенного монолита от дождя.

Выбор подходящего времени

В осеннее время погода отличается непредсказуемостью, поэтому важно знать, при какой температуре можно заливать бетон осенью.

Оптимальная температура воздуха составляет от +20 до +5°, поэтому начинать устройство основания рекомендуется в сентябре-октябре до заморозков. В процессе обустройства фундамента важно учитывать, до какой отметки на градуснике нужно выполнить работы перед похолоданием. Она должна равняться +10 градусов по Цельсию. Бетонная масса набирает прочность на протяжении 1 месяца. Перед заморозками рекомендуется сделать укрытие, а в первые двое суток – защитить смесь пленкой от дождя.

Совет! Перед тем, как заливать фундамент осенью, посмотрите прогноз погоды.

Факторы, влияющие на схватывание теста в осенний период

Заливка монолита будет качественной, если учесть несколько моментов:

• температура воздуха. При каких показателях температуры можно заливать бетон осенью, чтобы начать строить дом? Нормальный показатель – плюс 16°. В этот период раствор затвердевает медленно, что обеспечивает качество постройки. Заморозки припадают на конец октября, поэтому лучше заняться строительством в середине сентября;
• характеристики влажности. Сырая погода и влажный грунт способствуют процессу отвердевания. Свежеуложенный раствор не нужно регулярно сбрызгивать водой, а медленное высыхание обеспечивает повышение прочности;
• наличие осадков. Если вы разобрались, при каких оптимальных температурах можно заливать основание, то нужно учесть и наличие дождя. Переувлажнение монолита приводит к вымыванию цементного молочка;
• уровень грунтовых вод. На болотистых участках осенью меньше воды, что позволяет сделать свайное основание. Проверить, поднялась ли вода, можно путем выкапывания траншеи. Если в ней поднялась вода, фундамент заливать нельзя.

Важно! При несоответствии хотя бы одного фактора конструкция потеряет прочность.

Процесс работ в зимнее время

Основное условие, при котором получится уложить бетон зимой, – температура на улице до -3 градусов. В условиях ее понижения есть риски перемерзания цементного теста. Если вам интересно, при каких максимально низких наружных температурах допустимо заливать бетон с обогревом, то эта величина – от +5 градусов.

Строительная практика отмечает две технологии работ  – использование морозостойких составов и искусственное повышение устойчивости теста к холодам.

Правильный замес смеси

Цемент марки М400 в морозных условиях набирает более 30 % своей максимальной прочности.

Раствор готовится в стандартных пропорциях:

• 1 часть цемента;
• 2,5 части песка;
• 8-10 частей воды.

При известковании количество компонентов изменяется:

• 1 часть цемента;
• 2,5-4 части песка;
• 1,3:10 извести;
• 8-10 частей воды.

Для приготовления марки бетона М400 также используют пластификаторы и антифризы.

Прогрев цементного теста

При какой минимальной температуре можно заливать бетон с подогревом монолита, вы уже разобрались. Строители рекомендуют в процессе замеса повышать и температуру раствора до 35-40 ° путем разогрева воды до 90 °,  щебня и песка – до 60 °. Сухой цемент не греют, а оставляют в помещении до набора комнатной температуры.

Вода прогревается в железной емкости, а добавки при помощи обдува воздухом. Для этого внутрь кучек стройматериалов от печи протягивается трубопровод. Укладку после нагрева осуществляют за один раз, подавая смесь непрерывно.

Совет! Если организуется доставка бетона на объект в зимнюю погоду, уточните, прогревает ли поставщик материал в специальной печи.

Можно ли искусственно повысить морозостойкость раствора?

Чтобы ускорить работы и предотвратить деструкцию фундамента допускается использовать антиморозные средства, выполнять прогрев бетона или его утепление.

Виды добавок

При соблюдении дозировок специальных продуктов легко предусмотреть, при какой предельной отрицательной температуре заканчивать стройку. Допустимо продолжать работы до -25 градусов. Средства классифицируются в зависимости от воздействия на смесь.

Присадки

Специальные жидкие продукты для гидратации раствора в условиях минусовой температуры. Используются вместе с подогревом для ускорения реакций отвердевания и схватывания.

Антифризы

Средства, повышающие активность цементного теста в любых условиях:

• поташ или вещества на основе солей монокарбоновых кислот. Повышают температурный диапазон работы с бетонным составом до -30 градусов, ускоряют отвердевание состава. Армирующий каркас не подвергается коррозии, на поверхности монолита нет высолов;
• хлорид натрия – используется для пластификации смеси из портландцемента, исключает загустение. Стальная арматура может ржаветь;
• нитрит натрия – подходит для всех типов цементов, кроме глиноземных. После добавления продукта со смесью можно работать при низких температурах, но до -15 градусов;
• формиат натрия – предусматривает использование пластификаторов. Без них в монолите из-за скопления солей появляются пустоты.

На заметку! Антифризы исключают нагревание конструкции.

Ускорители схватывания

Отличаются быстрым выделением теплоты, поэтому температура воды остается стабильной и монолит греется сам.

Важно! При несоблюдении дозировки веществ есть риски коррозии армирующего каркаса.

Способы подогрева

Прогрев бетона актуален, если требует залить фундамент малоэтажного здания. Если интересуетесь, до какой максимальной отметки можно повысить температуру, этот показатель составляет 15-20 градусов. Антифризовые смеси начинают вводить при температуре от -15 градусов. Сейчас мы кратко будем рассматривать варианты электрообогрева бетона:

• по всей площади строения устанавливается каркас из деревянного бруса, на котором организуется пленочный шатер. Внутри конструкции устанавливаются пушки на газе или электричестве. После подъема температуры устройства поддерживают ее на протяжении цикла застывания бетона;
• обмотка армирующего каркаса греющим кабелем до того, как вы начнете заливать фундамент. Электрика включается в сети после укладки смеси. Помимо кабеля можно использовать нихромовые спирали или ТЭНы.

Важно! В условиях сильных холодов и промерзания грунтов методика неэффективна.

Особенности укрытия и утепления

Используя этот способ, по достижению 3-х – 7-ми градусной уличной температуры можно заливать бетон.

Чтобы защитить свежеуложенный бетон в условиях заморозков, организуется специальное укрытие. Закрыть будущий фундамент утеплителем можно так:

1. Заливка раствора в опалубку и его контроль до момента схватывания.
2. Засыпка в ленту смоченных водой опилок слоем на 20 см.
3. Закрытие материала отрезом пленки шириной 1,5 м.
4. Укладка сухих опилок – слой 50 см.
5. Фундаменты для столбов засыпают сухой листвой и накрывают полиэтиленом.

На заметку! Сухой материал защитит монолитное основание от холода, а влажный – исключит его перегревание.

Выполнение утепления опалубки

Укладка утеплителя актуальна, если прогревался свежеуложенный бетон. Технология теплоизоляции опалубки имеет несколько особенностей:

• начало работ до заморозков;
• укладка рулонного или пленочного теплоизолятора на поверхность опалубки;
• выполнение электрического обогрева – возводится шатер и устанавливаются пушки;
• прикрытие бетонной смеси после заливки опилками, соломой, пенополистиролом.

Совет! Прикрывайте все выступающие части монолитной конструкции.

Перед строительством монолитного основания нужно учитывать, при какой минимальной температуре без рисков можно заливать бетон осенью или зимой. В случаях ее понижения можно перенести сроки работ или осуществить подогрев конструкции. Использование антиморозных добавок, применение электрического оборудования или теплоизоляции допускается, когда нет возможности отсрочить заливку.

Рекомендуем посмотреть видео по теме

Бетонирование при отрицательных температурах

Проектная прочность изделия из бетонной смеси достигается при соблюдении режима заливки. Для бетонных работ при отрицательных температурах воздуха разработаны специальные рекомендации, соблюдение которых исключит отрицательные последствия эксплуатации готовой конструкции.

Влияние температуры на твердение бетона

После добавления воды в песчано-цементную смесь компоненты взаимодействуют между собой. Гидратация с образованием алюминатов происходит на начальной стадии. В результате образуются кристаллы, которые спустя 6-10 часов приобретают каркасную структуру. На стадии твердения состава в реакцию с водой вступают клинкерные компоненты, которые формируют силикатную структуру из мелких кристаллов.

Укладка бетона при низких температурах требует учета скорости застывания состава. При +17ºC процесс замедляется, а +5,2ºC — прекращается, а 0ºC — образуется лед.

Физический процесс образования льда приводит к разрыхлению внутренней структуры бетона, потере плотности. Целостность заливки поддерживается визуально за счет смерзшейся влаги. Если до этого момента набрана критическая прочность бетона, то после потепления он достигнет проектного показателя.

Для нормального протекания реакции требуется поддержание температурного режима около +20ºC в течение 28 суток. Предотвратить интенсивное испарение воды после укладки можно с помощью гидроизоляционного слоя. Для каждой марки бетонной смеси установлены допустимые пределы.

Методики бетонирования в зимних условиях

После заливки бетона при низком температурном градиенте рекомендуется принять комплекс эффективных мер, препятствующих замерзанию воды.

• электрический подогрев уложенной смеси;
• утепление опалубки;
• холодное бетонирование без прогрева с использованием химических присадок;
• изготовление состава из заранее подогретых компонентов.

Каждый способ характеризуется преимуществами, имеет рациональное применение, которое определяется наличием энергоресурсов, объемом возводимой конструкции. Определяющим фактором бетонирования при отрицательных температурах являются климатические условия.

Повышение температуры в процессе замеса

Укладывать подогретый бетон при отрицательных температурах можно с соблюдением технологии укладки. Она предусматривает заливку нагретого состава в утепленную опалубку. Этот тип бетонирования требует правильного выбора марки цемента.

Замес, в который вводятся наполнители, прогретые потоком горячего воздуха, доводят до температуры не ниже +85ºC. Технология приготовления предусматривает соблюдение алгоритма действий, которые обеспечат качество заливки.

Чтобы бетон набрал проектную прочность, следует сохранять температурный режим. Для этого залитый раствор накрывают матами, пленкой. Эффективным способом длительного сохранения тепла является использование опалубки из прессованного пенополистирола. Экструзионный материал после застывания не снимают, он становится частью конструкции и дополнительной теплоизоляцией.

Подогрев и утепление раствора

Создать условия для кристаллизации бетона при отрицательной температуре внешней среды помогает электрический ток. Уложенный раствор греют с использованием специальных металлических пластин или стержней, погруженных в смесь. Техническими нормами предусмотрены периферийные и сквозные способы электрического нагрева. По окончании нагрева электроды становятся частью конструкции.

Вода, находящаяся в бетоне, замыкает цепь, и за счет сопротивления энергия преобразуется в тепло. При подогреве этим способом рассчитывают, сколько времени потребуется для достижения критической прочности состава. Методика ускоряет кристаллизацию бетона, применяется для конструкций без армирования.

В частном строительстве рекомендуется прокладка по внутренней стороне опалубки согревающих кабелей. Периферийный нагрев осуществляется с помощью греющей опалубки. Одновременно устанавливают термоизоляционный слой для сохранения тепла.

Минусом пассивного нагрева является высокая вероятность пересушить бетон. Подогрев бетонной массы требует круглосуточного контроля, чтобы исключить повышение температуры свыше +30ºC. Применение греющих технологий требует расчетов.

В зимнем строительстве применяются греющие инфракрасные маты. Они состоят из водоустойчивой оболочки, нагревательного элемента и изоляционного слоя. Согревающие маты равномерно распределяют температурное поле внутри конструкции и на расстоянии до 19,5 см. Их можно применять при заливке бетона зимой с внешней температурой до -20ºC.

Благоприятные условия для набора проектной прочности состава создают путем постройки временных тепляков. Такая конструкция состоит из прочного каркаса, обшитого фанерой или обтянутого пленкой.

Внутреннее пространство нагревается с помощью калориферов, портативных горелок, инфракрасных приборов. Микроклимат в сооружении следует постоянно контролировать. Разогретые воздушные потоки интенсивно забирают влагу из раствора, поэтому поверхность периодически увлажняют теплой водой и накрывают полиэтиленовой пленкой.

Введение добавок

Бетонирование при отрицательных температурах может выполняться без подогрева. Для лучшего застывания в состав смеси вводятся добавки. Этот метод сочетается с внешней и внутренней тепловой обработкой.

Насыщение раствора химическими присадками сочетают с сооружением теплоизоляционной оболочки на выступающих частях конструкции.

В состав бетонных смесей, заливаемых при низкой температуре, добавляют вещества, которые обладают такими свойствами:

• понижают точку замерзания;
• ускоряют твердение.

Соединения составляют 2-10% массы цементного порошка. Количество добавок рассчитывают с учетом ожидаемой температуры кристаллизации бетонной смеси. Применение химических соединений позволяет бетонировать при температуре до -25ºC.

Этот способ применяется при появлении одиночных заморозков, если отсутствуют альтернативные варианты.

Для зимнего бетонирования используют:

• углекислый калий;
• нитрит натрия;
• формиат натрия;
• хлористый натрий;
• хлорид кальция.

При отрицательных температурах внешней среды в бетон вводят присадки, снижающие расход воды. Это регулирует образование льда в твердеющих составах, сохраняет условия, необходимые для гидратации. В присутствии добавок вода не замерзает и взаимодействует с цементом.

Смеси приготовляются с соблюдением технологии. Сначала присадка перемешивается с частью воды, а затем вводятся цемент и вода с добавками. Для каждой добавки существуют нормы расхода, установленные экспериментально.

При недостаточном количестве присадки бетон может замерзнуть, а при избытке замедляется твердение, и повышается стоимость. Бетон, залитый с применением методики холодной укладки, обладает сниженным параметром морозостойкости, водопроницаемости, склонен к усадке.

Общие рекомендации при заливке

Бетонные работы своими руками рекомендуется выполнять при благоприятных условиях. Перед тем как залить бетон при минусовой температуре, следует ознакомиться с метеорологическим прогнозом. Комплекс мероприятий следует начинать при +9,5ºC при условии отсутствия понижения в ближайшие 27 суток.

Разработанные технологии позволяют бетонировать при отрицательных температурах, но это влечет дополнительные финансовые затраты. Качественная заливка требует учета рекомендаций специалистов.

Опалубку следует очистить от наледи и утеплить, а укладку смеси проводить с непрерывной подачей. Перед приготовлением состава следует прогреть щебень и песок. Оптимальная температура приготовленной массы не должна превышать +39,5…+42ºC.

Металлический каркас котлована прогревается, а готовые части бетонной конструкции закрываются слоем изоляции. В процессе формирования критической прочности рекомендуется поддерживать температурный режим во внешней и внутренней частях.

варианты и их особенности, рекомендации специалистов

Строительные работы, особенно при сжатых сроках исполнения, зачастую проводятся в крайне неудобных погодных условиях. Заливка фундамента, его срочный ремонт или формирование бетонного пола – то есть любые действия, подразумевающие готовку и укладку бетонной массы, лимитированы довольно узким диапазоном температурных значений окружающей среды.

Точнее, низкие температуры оказывают немалое влияние на течение процессов структурного схватывания, отвердения и набора бетоном полноценной марочной прочности.

Чтобы разобраться в осуществимости заливки бетона при низких и минусовых температурах, рассмотрим разработанные технологии, призванные предупредить потенциально возможные неприятности.

Специфика бетонного раствора

Комплекс физико-химических свойств бетона обуславливает оптимальную температуру работы с ним. Диапазон составляет от +17,3 до +25,8 градуса. Подходящие условия гарантируют набор заявленной марочной прочности схватившегося и отвердевшего раствора приблизительно через 27–29 суток.

Скорость гидратационного процесса в цементе существенно замедлится при снижении температуры менее +17 С и практически полностью останавливается при +5,2 С. Дальнейшее падение до минусовых значений вызовет замерзание воды, содержащейся в растворе с формированием большего по суммарному объёму ледяного вещества. Появляющиеся силы распирающего (внутреннего) давления ведут к потере плотности и разрыхлению внутренней структуры бетона. Остающаяся монолитность поддерживается только за счёт прочно смёрзшейся влаги.

Когда температура возрастёт, вода начнёт оттаивать и реакция цементной гидратации возобновится с постепенным затвердеванием бетона. Но, последствия предыдущего нарушения структурных связей при заморозке негативно отразится на прочности созданного монолита.

После ряда экспериментальных исследований и специальных расчётов были выявлены критические точки, ограничивающие пределы в которых различные марки бетонных смесей без существенных последствий могли бы замораживаться. Критический уровень прочности, который необходимо набрать бетону для прекращения заметных воздействий на прочностные характеристики возводимой конструкции был зафиксирован на уровне в 50% от показателя марочной прочности.

Посмотрите видео о заливке бетона в зимнее время

В результате, работы по заливке бетонного раствора при низких (отрицательных) температурах сводятся к принятию эффективного комплекса мер, препятствующих замерзанию жидкой воды до времени полноценного набора внутренней критической прочности. Для этого применяются несколько эффективных методик:

— подогрев уложенной смеси;

— изготовление раствора из заранее подогретых компонентов;

— холодное бетонирование составом, содержащим дополнительные химические присадки, уменьшающие точку замерзания;

— утепление опалубки.

Каждый способ имеет своё рациональное применение, что определяется исполнением заявленных характеристик прочности, доступностью и наличием энергоресурсов, а также, объёмом возводимого строения. Однако, метеоусловия являются определяющим обстоятельством при выборе оптимального варианта заливки.

Принять к сведению! Все способы, упомянутые выше, можно применять отдельно (поодиночке) или в комплексе!

Подогрев уложенной бетонной смеси

В создании хороших условий для нормального вызревания бетонной массы при внешних отрицательных температурах помогает электрический ток, подведённый непосредственно к электродам. Особые металлические пластины или стержни погружают в раствор или размещают на поверхности опалубки, подсоединив к различным полюсным контактам источника электротока. Бетон, содержащий достаточное количество воды, замыкает цепь. За счёт наличия собственного сопротивления он преобразует в тепло всю электроэнергию, нагреваясь при этом.

Такая методика существенно сокращает период вызревания бетона, который может приобретать до 78,4% критической прочности уже к 26-дневному возрасту.

Описываемая технология применяется только для малоармированных или вовсе неармированных конструкций. Это, наряду с экономически затратным расходом электричества, является весомым недостатком рассматриваемого способа обогрева раствора.

В частном строительстве, где фундаменты не отличаются объёмностью, будет лучше осуществить прокладку согревающих кабелей по внутренней поверхности опалубочных щитов или по арматурному остову. Одновременно нужно надёжно термоизолировать всю конструкцию, не оставляя возможности теплу «уходить» через стенки.

Внимание! Подогрев бетонной массы требует надлежащего круглосуточного контролирования. Измерения следует делать регулярно, каждые несколько часов. Нельзя допускать нагрева свыше 30 градусов!

Вторым, более современным способом внешнего теплового воздействия, используемым в зимнем строительстве, является применение специальных термоматов. В принципе, это электрогрелки больших размеров, состоящие из герметичной водонепроницаемой оболочки, теплоизоляции и нагревательного элемента.

Согревающие маты способствуют равномерному распространению температурного поля внутри бетона и на окружном расстоянии до 19,5 см. Такие термоматы можно использовать при внешней температуре до –20 градусов.

Бетонирование разогретым раствором (использование собственного тепла)

Такой способ эффективен в применении, если суточные температурные колебания едва опускаются ниже нулевой отметки, а также когда заморозки минимальны (до –4 С). Методика заключается в закладке нагретой бетонной смеси в предварительно подготовленную утеплённую опалубку.

Особенность! В данном случае очень важно грамотно подобрать марку порошкового цемента. Чем выше числовая маркировка, тем меньше времени требуется на схватывание и последующее затвердевание смеси. Будет больше выделяться тепловой энергии при гидратации!

Производить замес нужно на воде, разогретой до 85 градусов (это минимальное значение) и наполнителях, заблаговременно прогретых потоком горячего воздуха.

Здесь, порядок закладки смешиваемых компонентов отличается от обычной технологии:

— заливается вода в бетономешалку;

— добавляется щебень со строительным песком;

— порошковый цемент (комнатная температура) вводится в последнюю очередь, только после трёх (минимум) оборотов бака установки.

Важно! Недопустимо предварительное разогревание цемента, а также его засыпка в очень горячую воду!

В зимний сезон рекомендуется использовать автоматическую бетономешалку с электронагревом рабочего барабана. На выходе, температура приготовленного раствора должна быть 36–46 градусов.

Чтобы бетон нормально набрал критическую прочность, следует дольше сохранять необходимый тепловой режим. Нельзя допускать быстрой потери тепла и скорого остывания раствора. Удерживать тепло можно любыми доступными материалами – соломенные маты, брезент, полиэтиленовая плёнка и т. п.

Самым эффективным вариантом считается применение опалубки из экструзионного пенополистирола. Он обладает небольшим коэффициентом теплопроводности, позволяющим удлинить временной интервал постепенного остывания, что способствует более полноценному вызреванию бетона. Кроме того, пенополистирольная опалубка является несъёмной конструкцией и в дальнейшем будет обеспечивать дополнительную теплоизоляцию.

Холодное бетонирование раствором, содержащим специальные присадки

Противоморозные добавки широко используются для возможности достижения бетонной массой критической прочности при заливке в холодное время. Они помогают нормально протекать гидратационной реакции цемента, нормализуют процесс затвердевания бетона, предотвращая несвоевременное замерзание воды в смеси.

Присадки обладают такими положительными свойствами:

— увеличивают текучесть и подвижность бетонного раствора, облегчая рабочие манипуляции с ним;

— понижают кристаллизационную точку для воды, содержащейся в составе;

— защищают металлические вставки (арматуру) от коррозии;

— способствуют быстрому набору нужной критической прочности.

Существенно! Противоморозные присадки нужно применять лишь при отрицательном значении температуры, в строгой пропорциональности, обозначенной в прилагаемой рецептурной инструкции. Если их использовать в неправильном количестве, то высока вероятность ухудшения свойств бетонного раствора!

Наиболее часто применяемыми противоморозными присадками для бетонных смесей являются:

— нитрит натрия – нельзя добавлять в глиноземистые цементы (ГЦ40 – ГЦ60). Добавка позволяет работать с раствором при окружающей температуре не менее –14,5 градуса;

— поташ и другие составы с монокарбонкислотными солями – ускоряют процесс затвердевания бетона. Они не формируют на поверхности высолов и не потворствуют коррозии металлической арматуры. Допускают работу с раствором при тридцатиградусном морозе, прекрасно сохраняя его важнейшие качества;

— формиат натрия – применяется исключительно в комбинации с добавками-пластификаторами. При других сочетаниях может создавать дефектные пустоты в бетоне из-за образования солевых скоплений;

— хлористый натрий – активно применяется одновременно с портландцементами (сульфатостойкий, белый, с умеренной экзотермией, цветной и др.) Добавка пластифицирует раствор, препятствуя его ускоренному загустению. При этом вещество обладает важным недостатком – действует разрушающе на железную арматуру.

Методика холодного бетонирования обладает некоторыми отрицательными особенностями:

— бетон обладает сниженным показателем водопроницаемости и морозостойкости;

— уложенный в опалубку раствор имеет более высокую степень усадки;

— способ нельзя применять в предварительно напряжённых строительных конструкциях.

Утепление опалубки

Обеспечить благоприятные условия для полноценного набора критической прочности монолитным сооружением можно путём постройки временных тепляков.

Это наиболее надёжная методика, способствующая стабильному поддержанию плюсовой температуры в уложенном бетоне. Она подразумевает создание временной конструкции над залитым массивом.

Тепляк – это прочный каркас, обитый листовой фанерой или обтянутый толстой полиэтиленовой плёнкой (принцип огородной теплицы). Габариты такой времянки должны быть предельно минимальными, но достаточными для работы. Внутреннее пространство нагревается при помощи инфракрасных обогревателей, портативных газовых горелок или калориферов.

Важным моментом здесь является постоянный контроль и регуляция оптимального влажностного режима. Циркулирующие разогретые воздушные потоки усиленно забирают влагу из раствора, а она необходима для нормальной реакции цементной гидратации. Чтобы воспрепятствовать интенсивному испарению влаги, поверхность уложенного бетона нужно накрыть полиэтиленовой плёнкой и с определённой периодичностью увлажнять тёплой водой.

Общие рекомендации для качественной заливки бетона при минусовой температуре

Все работы, относящиеся к бетонной заливке, рациональнее проводить при благоприятствующих условиях.

Нужно помнить! Комплекс работ по заливке следует начинать при температурном значении более + 9,5 градуса без ожидаемого понижения в течение ближайших 27 суток!

Разумеется, нынешние технологии позволяют проводить бетонирование и при более низких температурных значениях, но это чревато серьёзными финансовыми затратами. К нему следует прибегать, когда нет возможности сдвинуть запланированные сроки работ.

В любом случае стоит учитывать актуальные рекомендации специалистов, помогающие достичь отличного качества при проведении заливки:

— опалубка заранее должна быть очищена от инея или наледи и надёжно утеплена;

— заливку бетоном необходимо проводить с непрерывной подачей раствора за одну «рабочую сессию»;

— такие наполнители как щебень и песок, использующиеся для приготовления смеси, обязательно прогреваются для полного исключения возможности попадания включений снега или льда в замес;

— максимальная температура заливаемой массы не должна превышать 39,5–42 градуса;

— арматуру и дно котлована нужно предварительно прогреть до достижения хотя бы минимальной положительной температуры;

— готовые сегменты бетонной конструкции закрываются теплоизолирующим покрытием во избежание «ухода» внутреннего тепла.

Весь временной промежуток формирования бетонной критической прочности нужно соблюдать оптимальный температурный режим. Однако, не нужно забывать о контролировании равномерного распространения тепла внутри конструкции. Применение греющих токопроводящих кабелей может быстро привести к иссушению отдельных сегментов бетонного строения.

Заключение

При минусовых температурах бетон заливается, как правило, при больших капитальных строительствах. Для всего этого требуется специальное оборудование, значительные финансовые средства и наличие дополнительных стройматериалов. Рациональность выполнения таких работ в частном порядке определяется наличием должных ресурсов и полным осознанием рискованности затеянного мероприятия.

        Поделиться:

Укладка (заливка) бетона при высокой и низкой температуре

Уход за бетоном и температура Температура свежеприготовленной бетонной смеси не должна превышать 30 °C. При бетонировании при среднесуточной температуре воздуха от + 5°C до — 3°C, температура бетонной смеси при массе цемента более 240 кг /м3  (марка бетона М200 и выше) должна быть не менее +5°C, а при меньшем количестве цемента не менее +10°C. Безопасное бетонирование при температуре воздуха менее — 3°C  и однократное замораживание  бетона и его оттаивание возможно только тогда, когда температуру бетонной смеси как минимум в течение 3 дней поддерживалась на уровне не ниже + 10 °C Бетонирование при низкой тепрературе При низкой температуре наблюдается замедление схватывания и нарастания прочности бетона. При среднесуточной температуре + 5 °C требуется в два раза больше времени, чтобы бетон достиг такой же прочности, как при температуре +20 °C. При температуре, близкой к температуре замерзания, набор прочности бетона практически прекращается. Если свежий бетон замерзает, то его структура может  разрушиться.  Неиспользованная при гидратации цемента избыточная вода образует в твердеющем  бетоне систему капиллярных пор. При воздействии мороза вода, находящаяся в порах, полностью или частично замерзает, а образуемый в результате замерзания лед оказывает давление на стенки пор, которые могут привести к разрушению их структуры. Замерзание бетона в раннем возрасте влечет за собой значительное понижение его прочности после оттаивания и в процессе дальнейшего твердения по сравнению с нормально твердевшим бетоном. Это происходит из-за разрыва кристаллами льда связей между поверхностью зернистого заполнителя и цементным клеем (цементным камнем). Устойчивости свежеуложенного бетона к замерзанию можно добиться специальным составом бетонной смеси и требуемыми сроками твердения бетона при положительной температуре. Время твердения бетона, необходимое для достижения достаточной стойкости к замерзанию (директива RILEM)

Температура бетона (среднесуточная температура) Класс прочности цемента 5 °C 12 °C 20 °C   Необходимое время твердения (дни) для достижения устойчивости к замерзанию бетона с водоцементным отношением 0,60  М400 Д20 32,5Н (32,5N) 5 3 ½ 2 32,5R (быстротвердеющий) 2 1 ½ 1 42,5N 2 1 ½ 1 45,5R(быстротвердеющий) ¾ ½ ½

Время твердения бетона, необходимое для достижения достаточной стойкости к замерзанию (Адаптировано с упрощением из таблицы №6 СНиП 3.03.01-87)

Класс (марка) бетона Прочность бетона монолитных конструкций к моменту замерзания, % Количество суток выдержки бетона при температуре бетона     +5°C +10°C В7,5-В10 (М100) 50 14 10 В12,5-В25 (M150 – М350) 40 9 6 В30 (М400) и выше 30 6 4 Бетон в водонасыщенным состоянии с попеременными циклами замораживания 70 25 20 Бетон с противоморозными добавками, рассчитанными на определенную температуру 20 4 3

К эффективным мерам для производства работ по бетонированию принизких температурах относятся: использование цемента с быстрым набором прочности (литера “R”  в классе прочности), повышение содержания цемента в бетонной смеси, снижение водоцементного отношения, предварительный подогрев заполнителей (до + 35°C) и воды (до + 70°C) для бетонной смеси [таблица 6 СНиП 3.03.01-87] , использование противоморозных и воздухововлекающих добавок. При применении подогрева бетона нельзя нагревать его до температур выше +30°C. При применении горячей воды с температурой до + 70°C ее предварительно следует смешать с зернистым заполнителем (до введения цемента в бетонную смесь), чтобы не «запарить» цемент. Для этого соблюдают следующую очередность загрузки материалов в бетоносмеситель: одновременно с заполнителем подают основную часть нагретой воды,  после нескольких оборотов подают цемент и заливают остальную часть воды, продолжительность перемешивания увеличивают в 1,25 -1,5 раза по сравнению с летними нормами для получения более однородной смеси (минимум 1,5 — 2 минуты),  продолжительность вибрирования бетонной смеси увеличивают в 1,25 раза. При предварительном разогреве бетонной смеси, а также при применении бетона с противоморозными добавками допускается укладывать смесь на неотогретое непучинистое основание (песчаную подушку) или старый бетон, если по расчету в зоне контакта на протяжении расчетного периода выдерживания бетона не произойдет его замерзания [пункт 2.56  СНиП 3.03.01-87].  После укладки бетона и вибрирования, его необходимо укрыть полимерной пленкой и теплоизолирующими материалами (в том числе возможно использование снега), чтобы сохранить выделяющееся тепло при гидратации цемента (на протяжении 3-7 суток в нормальных условиях).  При морозах следует построить над фундаментом парник и подогревать его. Для самодеятельных дачных строителей без опыта можно рекомендовать придерживаться следующего правила: производить бетонные работы при ожидаемых среднесуточных температурах в пределах 28 суток от момента заливки фундамента ниже +5°C не рекомендуется. Также следует помнить, что не допускается оставлять малозаглубленные (незаглубленные) фундаменты незагруженными на зимний период. Если это условие по каким-либо обстоятельствам оказывается невыполнимым, вокруг фунда­ментов следует устраивать временно теплоизоляционные покрытия из опилок, шлака, керамзита, шлаковаты, соломы и других материалов, предохраняющих грунт от промерзания [пункт 6.6 ВСН 29-85]. Выпуски арматуры забетонированных конструкций должны быть укрыты или утеплены на высоту (длину) не менее чем 0,5 м.

Бетонирование при высокой температуре Повышение температуры бетона активизирует взаимодействие воды и цемента и ускоряет твердение бетона. С другой стороны, избыточный нагрев бетонной смеси  приводит к расширению, которое фиксируется при схватывании бетона и твердении цементного камня. В дальнейшем, при охлаждении бетон сжимается, однако возникшая структура препятствует этому, и в бетоне возникают остаточные напряжения и деформации. Обычно бетон сильнее нагревается с поверхности, поэтому и избыточное напряжение в первую очередь возникает у его поверхности, где могут образовываться трещины. Критический период времени, когда в бетоне образуются усадочные трещины, часто начинается через час после приготовления бетонной смеси и может продолжаться от 4 до 16 часов. (Усадка пористых ячеистых бетонов протекает по другим механизмам). При прогнозируемой среднесуточной температуре воздуха выше + 25°C и относительной влажности воздуха менее 50%  для бетонирования рекомендуется использовать быстротвердеющие портландцементы, марка которых должна превышать марочную прочность бетона не менее чем в 1,5 раза.  Для бетонов класса В22,5 и выше допускается применять цементы, марка которых превышает марочную прочность бетона менее чем в 1,5 раза при условии применения пластифицированных портландцементов или введения пластифицирующих добавок [пункт 2.63 СНиП 3.03.01-87].  Либо использовать добавки, замедляющие сроки твердения бетона. Также разумным может быть укладка бетона в утреннее, вечернее или ночное время при падении температуры воздуха и исключения воздействия на бетонную смесь солнечных лучей. При бетонировании температура поверхности бетона не должна превышать + 30 +35°C. При появлении на поверхности уложенного бетона трещин вследствие пластической усадки допускается его повторное поверхностное вибрирование не позднее чем через 0,5-1 ч после окончания укладки.  В особых случаях для охлаждения бетона можно использовать чешуйчатый лед. Свежеуложенную бетонную смесь надо защищать от обезвоживания из-за воздействия температуры воздуха, солнечных лучей и ветра. После набора бетоном прочности 0,5 МПа, уход за бетоном должен заключаться в обеспечении постоянного влажного состояния поверхности путем устройства влагоемкого покрытия и его постоянного увлажнения, выдерживания открытых поверхностей бетона под слоем воды или  непрерывного распыления влаги над поверхностью конструкций с помощью распылителя для газонов или перфорированного шланга. При этом только периодический полив водой открытых поверхностей твердеющих бетонных и железобетонных конструкций не допускается. Во избежание возможного возникновения термонапряженного состояния в монолитных конструкциях при прямом воздействии солнечных лучей свежеуложенный бетон следует защищать отражающей (фольгированной) полимерной пленкой или бумагой в комбинации с теплоизолирующими материалами. При использовании деревянной опалубки, ее также нужно постоянно поливать водой. Особенно актуальны меры по охлаждению твердеющего бетона при минимальном размере сечения фундаментной ленты 80 см и более. В этом случае при гидратации выделяется слишком много тепла и перегрев бетона и последующее образование трещин возможно даже при обычных температурных условиях.

без прогрева и с прогревом

Фундамент – основополагающая конструкция, от качества которого зависят геометрические, технические и эксплуатационные характеристики возводимого сооружения. Из-за специфики процесса отвердевания заливкой бетонных и железобетонных фундаментов нежелательно заниматься зимой во избежание их деформации и преждевременного разрушения. Минусовые показания термометра существенно ограничивают строительство в наших широтах. Однако в случае необходимости заливка бетона при отрицательных температурах все же может быть успешно проведена, если выбран верный способ и с точностью соблюдена технология.

Особенности зимней «национальной» заливки

Капризы природы нередко вносят коррективы в планы застройки на отечественной территории. То проливной дождь мешает рытью котлована, то шквальный ветер прерывает сооружение крыши, то стесняет наступление дачного сезона.

Первые заморозки вообще в корне меняют ход работ, особенно если планировалась заливка бетонного монолитного основания.

Бетонная фундаментная конструкция получается в результате твердения залитой в опалубку смеси. В ее составе фигурируют три практически равных по значению компонента: заполнитель и цемент с водой. Каждый из них вносит весомый вклад в формирование прочного ж/б сооружения.

По объему и массе в теле создаваемого искусственного камня преобладает заполнитель: песок, гравий, дресва, щебень, битый кирпич и т.д. По функциональным критериям лидирует связующее вещество — цемент, доля которого в составе меньше, чем доля заполнителя в 4 -7 раз. Однако именно он связывает сыпучие компоненты воедино, но действует только в паре с водой. По сути, вода настолько же важная составляющая бетонной смеси, как и цементный порошок.

Вода в бетонной смеси обволакивает мелкодисперсные частицы цемента, вовлекая его в процесс гидратации, следом за которым наступает стадия кристаллизации. Бетонная масса не застывает, как принято говорить. Она твердеет путем постепенной потери молекул воды, происходящей от периферии к центру. Правда, в «переходе» бетонной массы в искусственный камень участвуют не только компоненты раствора.

На правильное течение процессов немалое влияние оказывает окружающая среда:

• При значениях среднесуточной температуры от +15 до +25ºС твердение бетонной массы и набор прочности проходит в нормальном темпе. В указанном режиме бетон превращается в камень через указанные в нормативах 28 дней.
• При среднесуточных показаниях термометра +5ºС твердение замедляется. Требующейся прочности бетон достигнет примерно через 56 дней, если ощутимых колебаний температур не предвидится.
• При достижении 0ºС процесс твердения приостанавливается.
• При отрицательных температурах залитая в опалубку смесь замораживается. Если монолит уже успел набрать критическую прочность, то он после оттаивания весной он бетон вновь вступит в фазу твердения и продолжит ее до полноценного набора прочности.

Критическая прочность тесно связана с маркой цемента. Чем она выше, тем меньше суток необходимо бетонной смеси до ее набора.

В случае недостаточного набора прочности перед замораживанием качество бетонного монолита будет весьма сомнительным. Замерзающая в бетонной массе вода станет кристаллизоваться и увеличиваться в объеме.

В результате возникнет внутреннее давление, разрушающее связи внутри тела бетона. Увеличится пористость, из-за которой монолит будет больше пропускать в себя влаги и слабее противостоять морозам. Как следствие, сократятся эксплуатационные сроки или вовсе придется снова делать работу с ноля.

Минусовая температура и устройство фундамента

Спорить с погодными явлениями бессмысленно, к ним нужно грамотно приспосабливаться. Потому и возникла мысль о разработке методов устройства ж/б фундаментов в наших непростых климатических условиях, возможных для реализации в холодный период.

Отметим, что применение их увеличит бюджет строительства, потому в большинстве ситуаций рекомендовано прибегать к более рациональным вариантам устройства фундаментов. Например, использовать буронабивной способ или провести строительство из пенобетонных блоков заводского производства.

В распоряжении тех, кого не устраивают альтернативные способы, есть несколько проверенных удачной практикой методик. Их назначение заключается в доведении бетона до состояния критической прочности перед замораживанием.

По типу воздействия их условно можно разделить на три группы:

• Обеспечение внешнего ухода за залитой в опалубку бетонной массой до стадии набора критической прочности.
• Повышение температуры внутри бетонной массы до момента достаточного твердения. Выполняется посредством электропрогрева.
• Введение в бетонный раствор модификаторов, понижающих точку замораживания воды или активизирующий процессы.

На выбор метода зимнего бетонирования влияет внушительное количество факторов, таких как имеющиеся на площадке источники электропитания, прогноз синоптиков на период твердения, возможность привести разогретый раствор. Исходя из местной конкретики, выбирается наилучший вариант. Самой экономичной из перечисленных позиций считается третья, т.е. заливка бетона при минусовой температуре без прогрева, предопределяющая внесение модификаторов в состав.

Как залить бетонный фундамент зимой

Чтобы знать, каким методом лучше воспользоваться для выдерживания бетона до критических показателей прочности, нужно знать их характерные особенности, ознакомиться с минусами и плюсами.

Заметим, что ряд способов используется в комплексе с каким-либо аналогом, чаще всего с предварительным механическим или электрическим нагревом компонентов бетонной смеси.

Внешние условия «для созревания»

Благоприятные для твердения внешние условия создаются снаружи объекта. Заключаются в поддержании температуры среды, окружающей бетон, на нормативном уровне.

Уход за залитым «в минус» бетоном осуществляется следующими способами:

• Метод «термоса». Наиболее распространенный и не слишком затратный вариант, состоящий в защите будущего фундамента от внешних воздействий и потерь тепла. Опалубку крайне оперативно заполняют бетонной смесью, разогретой выше стандартных показателей, быстро укрывают пароизоляционными и теплоизоляционными материалами. Изоляция не дает бетонной массе остывать. К тому же в процессе твердения бетон сам выделяет около 80 ккал тепловой энергии.
• Выдерживание залитого объекта в тепляках — искусственных укрытиях, оберегающих от внешней среды и позволяющих проводить мероприятия по дополнительному прогреву воздуха. Вокруг опалубки возводятся трубчатые каркасы, укрытые брезентом или обшитые фанерой. Если для повышения температуры внутри устанавливаются жаровни или тепловые пушки для поставки нагретого воздуха, то способ переходит в следующую категорию.
• Воздушный обогрев. Предполагает сооружение вокруг объекта замкнутого пространства. По минимуму опалубку закрывают шторами из брезента или подобного материала. Желательно, чтобы шторы были с теплоизоляцией для увеличения эффекта и сокращения затрат. В случае применения штор пар или поток воздуха из тепловой пушки поставляется в зазор между ними и опалубкой.

Нельзя не заметить, что реализация указанных методов увеличит бюджет строительства. Самый рациональный «термос» заставить купить укрывной материал. Сооружение тепляка еще дороже, а если к нему еще и обогревательную систему арендовать, то стоит задуматься о цифре расходов. Их применение целесообразно, если нет альтернативы типа свайного фундамента и залить необходимо монолитную плиту под заморозку и весеннее размораживание.

Следует помнить, что многократное размораживание разрушительно для бетона, потому внешний обогрев обязательно следует довести до требующегося параметра твердения.

Способы обогрева бетонной массы

Вторая группа методов применяется преимущественно в индустриальном строительстве, т.к. нуждается в наличии источника энергии, в точных расчетах и в участи профессионального электрика. Правда, народные умельцы в поисках ответа на вопрос, можно ли заливать обычный бетон в опалубку при минусовой температуре, нашли весьма остроумный выход с поставкой энергии сварочным аппаратом. Но и для этого нужны хотя бы первоначальные навыки и познания в непростых строительных дисциплинах.

В технической документации способы электропрогрева бетона делятся на:

• Сквозные. Согласно чему бетон прогревается электрическими токами, которые поставляют проложенные внутри опалубки электроды, которые могут быть стержневыми или струнными. Бетон в этом случае играет роль сопротивления. Расстояние между электродами и подаваемая нагрузка должны быть точно рассчитаны, а целесообразность их применения безоговорочно доказана.
• Периферийные. Принцип заключается в нагревании поверхностных зон будущего фундамента. Тепловая энергия поставляется нагревательными приборами через присоединенные к опалубке ленточные электроды. Это может быть полосовая или листовая сталь. Внутрь массива тепло распространяется за счет теплопроводности смеси. Эффективно толща бетона прогревается на глубину 20см. Дальше меньше, но при этом формируются напряжения, существенно улучшающие критерии прочности.

Методы сквозного и периферийного электропрогрева используются в неармированных и мало армированных конструкциях, т.к. арматура влияет на разогревающий эффект. При густой установке арматурных прутков токи будут замыкаться на электроды, да и формируемое поле будет неравномерным.

Электроды по окончании прогрева навсегда остаются в конструкции. В списке периферийных методик самой известной является применение греющей опалубки и инфракрасных матов, укладываемых поверх сооружаемого основания.

Наиболее рациональным способом прогрева бетона признано выдерживание с помощью электрического кабеля. Греющий провод можно проложить в конструкциях любой сложности и объема, не зависимо от частоты армирования.

Минус греющих технологий состоит в возможности пересушить бетон, потому для проведения требуются расчеты и регулярный контроль температурного состояния конструкции.

Введение добавок в бетонный раствор

Введение добавок — самый простой и дешевый способ бетонирования при минусовых температурах. Согласно нему заливка бетона зимой может выполняться без применения прогрева. Однако метод вполне может дополнять тепловую обработку внутреннего или наружного типа. Даже при использовании его вкупе с обогревом твердеющего фундамента паром, воздухом, электричеством ощущается снижение расходов.

В идеале обогащение раствора добавками лучше всего сочетать с сооружением простейшего «термоса» с утолщением теплоизоляционной оболочки на участках с меньшей толщиной, на углах и прочих выступающих частях.

Добавки, применяемые в «зимних» бетонных растворах делятся на два класса:

• Вещества и химические соединения, понижающие точку замерзания жидкости в растворе. Обеспечивают нормальное твердение при минусовых температурах. К ним отнесены поташ, хлорид кальция, хлорид натрия, нитрит натрия, их сочетания и подобные вещества. Вид добавки определяют, исходя из требований к температуре твердения раствора.
• Вещества и химические соединения, ускоряющие процесс твердения. К ним отнесены поташ, модификаторы с основой из смеси хлорида кальция с мочевиной или нитрит-нитратом кальция, его же с хлоридом натрия, одним нитрит-нитратом кальция и др.

Химические соединения вводятся в объеме от 2 до 10% от массы цементного порошка. Количество добавок подбирают, ориентируясь на ожидаемую температуру твердения искусственного камня.

В принципе, применение противоморозных добавок позволяет проводить бетонирование и при -25ºС. Но подобные эксперименты не рекомендованы строителям объектов частного сектора. На самом деле к ним прибегают поздней осенью при единичных первых заморозках или ранней весной, если бетонный камень обязательно должен отвердеть к определенному сроку, а альтернативных вариантов не имеется.

Распространенные противоморозные добавки для заливки бетона:

• Поташ или иначе углекислый калий (К₂СО₃). Самый востребованный и простой в применении модификатор «зимнего» бетона. Его использование в приоритете из-за отсутствия коррозии арматуры. Для поташа не характерно появление соляных разводов на поверхности бетона. Именно поташ гарантирует твердение бетона при показаниях термометра до —25°С. Недостаток его введения состоит в ускорении темпов схватывания, из-за чего управиться с заливкой смеси нужно будет максимум за 50 минут. С целью сохранения пластичности для удобства заливки в раствор с поташом добавляют мылонафт или сульфитно-спиртовую барду в объеме 3% от массы цементного порошка.
• Нитрит натрия, иначе соль азотистой кислоты (NaNO₂). Обеспечивает бетону стабильный набор прочности при температуре до —18,5°С. Соединение обладает антикоррозионными свойствами, повышает интенсивность твердения. Минус в появлении выцветов на поверхности бетонной конструкции.
• Хлорид кальция (CaCl₂), позволяющий проводить бетонирование при температурах до —20°С и ускоряющий схватывание бетона. При необходимости введения в бетон вещества в количестве более 3% необходимо увеличивать марку цементного порошка. Недостаток применения заключается в появлении высолов на поверхности бетонной конструкции.

Приготовление смесей с противоморозными добавками производится особым порядком. Сначала перемешивается заполнитель с основной частью воды. Затем после легкого перемешивания добавляют цемент и воду с разведенными в ней химическими соединениями. Время перемешивания увеличивают в 1,5 раза по сравнению со стандартным периодом.

Поташ в объеме 3-4% от массы сухого состава добавляется в бетонные растворы, если отношение вяжущего вещества к заполнителю 1:3, нитрит нитрата в объеме 5-10%. Оба противоморозных средства не рекомендовано использовать в заливке конструкций, эксплуатируемых в обводненной или очень влажной среде, т.к. они способствуют образованию щелочей в бетоне.

В заливке ответственных сооружений лучше использовать холодные бетоны, приготовленные механическим способом в заводских условиях. Их пропорции с точностью рассчитываются с ориентиром на конкретную температуру и влажность воздуха в период заливки.

Приготовляют холодные смеси на горячей воде, доля добавок вводится в четком соответствии с погодными условиями и с типом сооружаемой конструкции.

Видео-рекомендации для зимнего бетонирования

Методы заливки бетона в зимний период:

Зимнее бетонирование с устройством тепляка:

Противоморозное средство для зимнего бетонирования:

Перед заливкой растворов с противоморозными добавками не обязательно прогревать дно котлована или траншеи, вырытой под фундамент. Перед заливкой подогреваемых составов прогрев дна обязателен во избежание неровностей, которые могут получиться из-за растаявшего в грунте льда. Заливка должна выполняться в один день, в идеале в один прием.

Если перерывов не избежать, интервалы между заливками бетонного раствора необходимо свести к минимуму. При соблюдении технологических тонкостей бетонный монолит наберет необходимый запас прочности, законсервируется на зиму и продолжит твердение с приходом теплого времени. Весной можно будет приступить к возведению стен по готовому надежному основанию.

Виды расчетов и экспериментальных исследований

Состояние окружающей среды влияет на свойства строительных материалов. Это исследование дает начальное представление о гидратации портландцемента при низких температурах с точки зрения лабораторных экспериментов (включая электрическое сопротивление, степень гидратации (DoH) и зрелость), а также термодинамических расчетов. Гидраты портландцемента в данный период были обнаружены с помощью дифракции рентгеновских лучей (XRD), а их микроструктура наблюдалась с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM).Результат эксперимента (т.е. DoH и удельное электрическое сопротивление) показал, что гидратация портландцемента задерживалась низкой температурой без остановки гидратации при -5 ° C. Основываясь на базовой кинетической модели, термодинамический расчет предсказал, что конечный гидрат отличается в зависимости от температуры окружающей среды. Тенденция к механическому поведению портландцементной пасты под воздействием низких температур потенциально связана с появлением алюминатных соединений и восстановлением портландита.

1.Введение

Температура влияет на характеристики портландцемента, который является наиболее широко используемым материалом в строительстве инфраструктуры [1]. Между тем, матрица цементного вяжущего играет очень важную роль в композитах на основе портландцемента (т.е. пастах, растворах, бетоне, стабилизированном камне и обработанных грунтах). Характеристики затвердевшего портландцемента (например, механическое поведение и долговечность) тесно связаны с химической гидратацией и твердением в раннем возрасте, в то время как взаимосвязь между процессами гидратации, производимыми гидратами, микроструктурами и механическими характеристиками была доказана в предыдущих исследованиях [2– 5].В течение срока службы инфраструктуры материалы на основе цемента должны сталкиваться с жесткими условиями окружающей среды, такими как сверхнизкие температуры [6–8]. В этих условиях механические свойства (например, прочность на сжатие, прочность на изгиб, модуль упругости и коэффициент Пуассона) затвердевшего портландцементного бетона будут улучшены сверхнизкой температурой, например, –70 ~ –10 ° C [7].

Иными словами, если материалы на основе цемента (пасты, растворы, бетон и т. Д.) Будут подвергаться воздействию низких температур, особенно отрицательной температуры (<0 ° C) во время начальной стадии гидратации, гидратация цемента будет сильно затронута [9–11] .В этом случае гидратированные продукты, фазовая конверсия, например, из эттрингита (AFt) в моносульфат (AFm), и поры раствора будут подвергаться воздействию низких температур [5, 12]. В некоторых ограниченных условиях матрица может быть даже повреждена. Таким образом, в раннем возрасте следует применять стратегии, чтобы избежать повреждений матрикса в холодную погоду [13, 14]. С этой целью было проведено множество исследований по изучению гидратации портландцемента при низких температурах [10, 11, 15–18], хотя до сих пор отсутствует глубокое понимание влияния низких температур на характеристики гидратации и твердения цемента. .

Лучшее понимание гидратации портландцемента может абсолютно улучшить характеристики цементных композитов при низких температурах, особенно для применения в холодном климате. Таким образом, это исследование направлено на изучение процесса гидратации портландцемента, включая гидраты, микроструктуры и эволюцию механического поведения. Чтобы лучше понять влияние низких температур на процесс гидратации, также используется термодинамический подход для расчета гидратов портландцементной пасты.По сути, это исследование дает базовые знания о процессе гидратации портландцемента при низких температурах как часть систематического исследования.

2. Экспериментальная программа

2.1. Сырье

В данном исследовании использовался типичный коммерческий обычный портландцемент (OPC, производимый Jidong Cement Plant, Сиань, Китай) с оксидными компонентами, подробно описанными в Таблице 1 (PO42.5). Следует отметить, что оксидные компоненты, измеренные здесь с помощью XRF, не отражали реальный компонент в портландцементе из-за замены 5 ~ 10% наполнителя в клинкерах.Минеральные фазы в OPC (с помощью XRD) и гранулометрический состав показаны на рисунке 1. Технические свойства PO42.5, использованного в этом исследовании (предоставлены производителем), следующие: удельная поверхность (по Блейну) = 360 м 2. ² / кг, плотность = 3,02 г / см ³ , время начального схватывания = 2,8 часа и время окончательного схватывания = 4,7 часа.

Оксид Na 2 O MgO Al 2 O 3 SiO 2 P 2 O 5 SO 3 K 2 O CaO TiO 2 MnO Fe 2 O 3 CuO ZnO Rb 2 O SrO BaO PbO Cr 2 O 3 PO42.5 0,30 1,30 5,20 18,00 0,05 3,00 1,10 65,80 0,40 0,07 4,80 0,02 0,10 0,00 0,09 0,0 0,02 0,00

, полученные методом рентгеновской флуоресценции (XRF).

2.2. Методы и инструменты

2.2.1. Лабораторные эксперименты

Цементные пасты были смешаны в соответствии с ASTM C305-14 [20], а затем перенесены в формы (40 × 40 × 160 мм) или пластиковые контейнеры; после этого они были отверждены в камерах при -5 ° C, 0 ° C, 5 ° C, 8 ° C и 20 ° C (относительная влажность = 90%). Следует отметить, что перед смешиванием сырья (например, портландцемента и воды) формы и чаши следует предварительно охладить в камерах, соответствующих температуре их последующего отверждения. Например, если образец пасты будет отверждаться при 0 ° C, воду, цемент, чаши и формы следует предварительно охладить при температуре 0 ° C в течение двух часов, пока их поверхность не достигнет 0 ° C.В экспериментальном исследовании водоцементное (в / ц) отношение образцов призм для измерения прочности было установлено равным 0,45, в то время как в / ц пасты, хранящейся в герметичных пластиковых контейнерах, было задано равным 0,5 для завершения реакции.

Пасты в контейнере обрабатывали в соответствии с методом замены растворителей (изопропанолом) [21], а затем измеряли с помощью XRD (Bruker, D8 Advanced, Cu-K α ) и SEM (Hitachi, S4800).

Чтобы описать процесс гидратации портландцементных паст, в этом исследовании были измерены степень гидратации (DoH), зрелость и удельное электрическое сопротивление.DoH паст портландцемента определяли как (1) на основе модели Пауэрса [22], где DoH — степень гидратации (% по весу), — начальная масса образца, предварительно обработанного в муфельной печи (6 часов) при 105 °. C — конечная масса образца, нагретого до 950 ° C.

Удельное электрическое сопротивление цементного теста может быть использовано для анализа процесса гидратации цемента [19]. Таким образом, кривая удельного сопротивления во время начальной гидратации портландцемента была обнаружена с помощью CCR-II (производства BC Tech, г. Шэньчжэнь, Китай).Оборудование и образец показаны на рис. 2. Чтобы предотвратить испарение влаги и колебания температуры, на тестовой плате была установлена ​​пластиковая крышка, а температура контролировалась кондиционером (общая температура) или камерой (более низкие температуры).

Зрелость рассчитывалась по следующему уравнению [10, 11, 23]: где — зрелость портландцементной пасты, — температура образца (° C), измеренная CCR-II (подробно описанная выше), или температура отверждения. (-5 ° C, 0 ° C, 5 ° C, 8 ° C и 20 ° C) — это базовая температура (обычно -10 ° C) и временной интервал на стадии отверждения (h).

2.2.2. Термодинамический расчет

Критерии минимизации свободной энергии Гиббса использовались для расчета равновесных фазовых ассоциаций и ионного состава химических систем, таких как паста портландцемента. Моделирование и программное обеспечение были подробно описаны в нашем предыдущем исследовании [18], в котором GEMS-PSI (программное обеспечение) и CEMDATA7.1 (база данных) использовались для расчета гидратов OPC. Следует отметить, что в этом исследовании основная кинетическая функция [24] гидратации портландцемента была модифицирована константой равновесия раствора [18, 25].В термодинамическом моделировании входные данные включали следующее: C ₂ S = 11,1 г / 100 г, C ₃ S = 62,9 г / 100 г, C ₃ A = 6,0 г / 100 г, C ₄ AF = 11,5 г / 100 г, гипс = 4,6 г / 100 г, K ₂ O = 1,1 г / 100 г и Na ₂ O = 0,3 г / 100 г. Кроме того, 10000 дней были адаптированы как окончательный срок гидратации в моделировании. Теоретический расчет термодинамики может дать более глубокое объяснение механического поведения.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Электрическое сопротивление в раннем возрасте

На рисунке 3 показана кривая удельного сопротивления портландцемента во время гидратации. После смешивания с водой ионы (например, Ca ²⁺ , K ⁺ , Na ⁺ , OH ^— и) растворяются в воде, образуя электролитический раствор [26], и затем гидраты будут расходуют ионы в растворе или занимают пространство раствора; таким образом, удельное сопротивление пасты можно использовать для наблюдения за стадиями гидратации во время гидратации.Сообщается, что гидратацию цемента можно разделить на пять стадий: (1) стадия растворения; (2) этап динамического равновесия; (3) этап настройки; (4) стадия закалки; 5) стадия замедления твердения [19]. Основываясь на предыдущем исследовании [19], кривая удельного сопротивления и дифференциального сопротивления может хорошо указать начальную настройку и время окончательной схватывания. На рисунке 3 нормализованные данные удельного сопротивления показывают очевидное дно, которое соответствует началу начальной настройки. Кроме того, начальное положение стадии замедления упрочнения может быть подтверждено в верхней части кривой дифференциального электрического сопротивления.Кривые на рисунке 3 показывают, что данные о температуре и удельном сопротивлении хорошо согласуются друг с другом. Следовательно, данные о температуре при измерении CCR-II также можно рассматривать для описания гидратации цемента. Этот вывод является основой для адаптации температурных данных образца при расчете зрелости ниже.

На рисунке 4 представлены нормированные данные удельного сопротивления портландцементных паст при температуре ниже 8 ° C (рисунок 4 (a)) и 20 ° C (рисунок 4 (b)). На кривых можно отметить две важные характеристики: (i) низкая температура (8 ° C) задерживает нижнюю часть (начальное положение времени схватывания) нормализованной кривой удельного сопротивления; (ii) начальный график нормализованной кривой удельного сопротивления при низкой температуре (8 ° C) был ниже, чем при общих условиях (20 ° C).Они связаны с тем, что скорость химической реакции снижается при низких температурах.

(а) 8 ° C
(б) Комнатная температура
(а) 8 ° C .

Стойкость к замораживанию-оттаиванию

Когда вода замерзает, она расширяется примерно на 9 процентов. Когда вода во влажном бетоне замерзает, она создает давление в порах бетона. Если создаваемое давление превысит предел прочности бетона на разрыв, полость расширится и разорвется. Накопительный эффект последовательных циклов замораживания-оттаивания и разрушение пасты и заполнителя может в конечном итоге вызвать расширение и растрескивание, образование окалины и крошение бетона.

Химикаты для борьбы с обледенением для тротуаров включают хлорид натрия, хлорид кальция, хлорид магния и хлорид калия.Эти химические вещества снижают температуру замерзания осадков, выпадающих на тротуары. Недавняя тенденция заключалась в появлении широкого спектра смесей этих материалов для улучшения характеристик при одновременном снижении затрат, и передовая практика показывает, что обильная дозировка раствора более четырех процентов имеет тенденцию к снижению возможности образования накипи на поверхностях дорожного покрытия. Высокая концентрация антиобледенителя сокращает количество циклов замерзания и оттаивания дорожного покрытия за счет значительного снижения температуры замерзания.

Антиобледенители для специальных применений, таких как тротуары в аэропортах, требуют нехлоридных материалов для предотвращения повреждения самолетов. Список антиобледенителей, используемых для этих целей, включает мочевину, ацетат калия, пропиленгликоль и этиленгликоли.

Поскольку образование накипи на покрытиях всех типов вызвано физическим воздействием солей, использование высокопрочного (4000 фунтов на квадратный дюйм или более), воздухововлекающего бетона с низкой проницаемостью имеет решающее значение для обеспечения хорошей долговечности в этих применениях.

Таблица 11-5 15-го издания «Проектирование и контроль бетонных смесей» дает прекрасное руководство по эффективным температурам и включает влияние на бетон, практические пределы температуры, химическую форму и коррозию металлов.

Щелкните здесь, чтобы ознакомиться с примером использования проводящего бетона для борьбы с обледенением настила моста.

D-Cracking — Растрескивание бетонного покрытия, вызванное разложением заполнителя в бетоне в результате замерзания-оттаивания, называется D-растрескиванием. D-трещины — это близкорасположенные образования трещин, параллельные поперечным и продольным швам, которые впоследствии многократно расширяются от швов к центру панели дорожного покрытия. D-растрескивание является функцией основных свойств определенных типов частиц заполнителя и окружающей среды, в которой находится дорожное покрытие.

Из-за естественного накопления воды под дорожным покрытием в слое основания и основания, заполнитель может со временем стать насыщенным. Затем при циклах замораживания и оттаивания в насыщенном заполнителе в нижней части плиты начинается растрескивание бетона и продолжается вверх, пока не достигнет изнашиваемой поверхности. Эту проблему можно уменьшить либо путем выбора агрегатов, которые лучше работают в циклах замораживания-оттаивания, либо, если необходимо использовать маргинальные агрегаты, путем уменьшения максимального размера частиц.Также может оказаться полезным установка эффективных дренажных систем для отвода свободной воды из-под тротуара.

Поперечное сечение воздухововлекающего (справа) и невововлекающего бетона. Воздушные пустоты большого размера — это захват воздуха. Маленькие пузырьки точечного размера (увлеченный воздух), равномерно распределенные в пасте, представляют собой полезные воздушные пустоты. Обратите внимание на сравнение с обычным выводом.

Воздухововлечение — Степень воздействия замораживания-оттаивания варьируется в зависимости от региона США.Местные записи погоды могут помочь определить серьезность воздействия. Устойчивость бетона к замерзанию и оттаиванию во влажном состоянии значительно повышается за счет использования специально втянутого воздуха. Крошечные пустоты с увлеченным воздухом действуют как пустые камеры в пасте для замораживания и миграции воды, что снижает давление в порах и предотвращает повреждение бетона. Бетон с низкой проницаемостью (то есть с низким водоцементным соотношением и адекватным твердением) лучше выдерживает циклы замораживания-оттаивания.В редких случаях может возникнуть скопление воздушных пустот, что приведет к потере прочности на сжатие. Подробнее о кластеризации воздушных пустот.

Типичный пример покрытой окалиной бетонной поверхности

Предотвращение образования окалины в бетоне

Образование окалины определяется как общая потеря поверхностного раствора или раствора, окружающего крупные частицы заполнителя на поверхности бетона. Эта проблема обычно вызвана расширением воды из-за циклов замораживания и оттаивания и использования химикатов для борьбы с обледенением; однако бетон надлежащего качества, произведенный, обработанный и затвердевший не должен подвергаться подобному ухудшению.Существует четкая цепочка ответственности за производство устойчивого к образованию накипи бетона.

Крупным планом вид на ледяные вмятины в замороженном свежем бетоне. Образования кристаллов льда возникают в виде застывшего незатвердевшего бетона.

Замерзание. Бетон очень мало прочности при низких температурах. Соответственно, свежеуложенный бетон необходимо защищать от замерзания до тех пор, пока степень насыщения бетона не будет достаточно снижена за счет гидратации цемента.Время, за которое достигается это уменьшение, примерно соответствует времени, необходимому для достижения бетоном прочности на сжатие 500 фунтов на квадратный дюйм. Бетон, который будет подвергаться воздействию антиобледенителя, должен достигнуть прочности 4000 фунтов на квадратный дюйм перед повторными циклами замораживания и оттаивания.

Оптимизация использования летучей золы в бетоне Холодная погода и зимние условия могут быть сложными, когда бетон содержит летучую золу. Зольный бетон, особенно при использовании на более высоких уровнях, обычно имеет увеличенное время схватывания и медленный набор прочности, что приводит к низкой прочности в раннем возрасте и задержкам в темпах строительства.Кроме того, бетон, содержащий летучую золу, часто считается более восприимчивым к образованию накипи на поверхности при воздействии химикатов для борьбы с обледенением, чем бетон из портландцемента. Поэтому важно знать, как регулировать количество летучей золы, чтобы свести к минимуму недостатки и при этом максимизировать преимущества.

Архитектор многоэтажной квартиры в Бэйвью оптимизировал количество летучей золы на основе требований спецификации бетона, графика строительства и температуры.Он ограничил количество летучей золы в плитах на уклоне, уложенном в зимние месяцы, до 20 процентов. Если невозможно обеспечить адекватное отверждение или если бетон подвергается замерзанию и оттаиванию в присутствии антиобледенительных солей, количество летучей золы всегда должно быть менее 25 процентов. Подробнее об оптимизации использования летучей золы в бетоне.

Публикации

Для разных бетонов требуется разная степень прочности в зависимости от окружающей среды и желаемых свойств. Руководство Specifer по долговечному бетону, EB221, предназначено для предоставления достаточной информации, чтобы позволить практикующему специалисту выбрать материалы и параметры конструкции для получения прочного бетона в различных средах.

Оптимизация использования летучей золы в бетоне В обсуждаются вопросы, связанные с использованием летучей золы в бетоне от низких до очень высоких уровней, и даются рекомендации по использованию летучей золы без ущерба для строительного процесса или качества готового продукта. Тематические исследования были выбраны в качестве примеров некоторых из наиболее требовательных применений зольного бетона для снижения ASR, устойчивости к хлоридам и экологичного строительства.

.

Высокотемпературные и низкотемпературные свойства битума, модифицированного парафином FT

В данной статье представлены результаты экспериментального исследования влияния содержания « Fischer Tropsch-Paraffin » (Sasobit) на физические и реологические свойства битума, модифицированного Sasobit при различные рабочие температуры. Для этой цели в качестве основы выбирается битум с классом эффективности (PG) 58–22, а затем он модифицируется 1, 2, 2,5, 3 и 4 массовыми процентами парафина FT (Sasobit).Эффективность модифицированного битума при высоких, средних и низких температурах оценивается на основе испытаний Superpave в рамках программы стратегических исследований автомобильных дорог (SHRP). Результаты исследования показывают, что FT-парафин улучшает характеристики битума при высоких температурах в дополнение к увеличению сопротивления смеси остаточной деформации. Несмотря на преимущества парафина FT в отношении характеристик битума при высоких температурах, он не оказывает значительного влияния на характеристики битума при промежуточных и низких температурах.Влияние содержания парафина FT на вязкость модифицированного битума также исследуют с использованием прибора вискозиметра Брукфилда. Результаты показывают, что увеличение содержания добавки снижает вязкость модифицированного битума. Это, в свою очередь, может снизить температуру перемешивания и уплотнения асфальтовых смесей.

1. Введение

Гибкое покрытие в течение срока службы всегда подвержено различным повреждениям, вызванным нагрузками и погодными условиями. Высокотемпературная колейность и низкотемпературное растрескивание являются примерами этих повреждений, образование которых, как известно, сильно зависит от характеристик битума в асфальтовых смесях [1].Характеристики битума при различных температурах могут быть связаны с его степенью проникновения; Высокий уровень проникновения битума означает, что это мягкий , что означает более высокое сопротивление растрескиванию при низких температурах и более высокую остаточную деформацию под нагрузкой при высоких температурах. С другой стороны, битум с низкой степенью пенетрации или битум твердый имеет меньшее низкотемпературное растрескивание, но большую стойкость к колейности [1, 2]. Это изменение может быть связано со сложным реологическим поведением битума при разных временах нагружения и температурах [3, 4].Известным решением для улучшения поведения асфальтовых смесей является улучшение свойств битума. Модификация битума синтетическими полимерами для улучшения его реологических свойств, увеличения когезии и температурной восприимчивости восходит к 1970-м годам [5–7].

Warm Mix Asphalt (WMA) — это асфальтовая смесь с более низкими характеристиками краткосрочного старения по сравнению с Hot Mix Asphalt (HMA). Причина кроется в модификации битума добавками, которые снижают температуру, необходимую для операций с асфальтовой смесью, таких как укладка и уплотнение.Этот вариант имеет некоторые другие существенные преимущества перед HMA, включая меньшее потребление энергии для нагрева смеси и, следовательно, меньшее загрязнение воздуха в процессе нагрева. Согласно предыдущим исследованиям, WMA имеет следующие преимущества перед HMA [8–10]: (i) Снижение выбросов загрязняющих веществ, особенно диоксида углерода (CO ₂ ), до 30%. (Ii) Снижение температур смешивания и уплотнения асфальтовых смесей. в диапазоне от 20 ° C до 40 ° C. (iii) экономия топлива и энергии. (iv) улучшение операций по уплотнению.(v) Меньшее время задержки при проведении строительных работ. (vi) Возможность транспортировки асфальтобетонных смесей на большие расстояния. (vii) Более легкое распределение асфальтобетонных смесей в холодных регионах. (viii) Более высокая прочность против приложенных нагрузок. (ix) Уменьшение количества битума старение. (x) Улучшение реологических свойств битума. Модификация битума обычно осуществляется путем добавления в битум добавочного материала. Например, коммерческие воски используются в качестве улучшителей текучести в асфальтобетоне и мастичном асфальте [1].Существует множество форм парафинов, таких как синтетический цеолит (асфамин), пена WAM, парафин FT (Sasobit), которые можно добавлять для изменения характеристик битума для применения их в WMA [8–11]. Это исследование сосредоточено на влиянии добавки FT-Paraffin (Sasobit) в качестве коммерческого воска на физические и реологические свойства битума из WMA.

FT-Парафин образует гомогенный раствор с базовым битумом в процессе смешивания и значительно снижает вязкость битума. После кристаллизации FT-Parafin образует решетку, укрепляя структуру битума.Рекомендуемое процентное содержание FT-парафина составляет от 0,8 до 3 массовых процентов битума [9, 10].

2. Методики экспериментов

2.1. Материалы и подготовка проб

2.1.1. Битум (базовый битум)

Чтобы оценить влияние содержания FT-парафина на характеристики асфальтового цемента, битум проникающей способности 60–70, полученный на НПЗ Bandar-Abbas , Иран (с классом производительности (PG) 58–22) используется как базовый битум. Свойства этого битума показаны в таблице 1.

Тест Метод Единица Результаты испытаний Удельный вес (25 ° C) ASTM D70 гр / см 3 1,03 Температура вспышки (Кливленд) ASTM D92 ° C 308 Пенетрация (25 ° C) ASTM D5 dmm 62 Пластичность (25 ° C) ASTM D113 см 100 Температура размягчения ASTM D36 ° C 49 Кинематическая вязкость ( v ) при 120 ° C ASTM D2170 мм 2 / с 810 Кинематическая вязкость ( v ) при 135 ° C ASTM D2170 мм 2 / с 420 Кинематическая вязкость ( v ) при 150 ° C ASTM D2170 мм 2 / с 232 Индекс проникновения (PI) a — — -1.12 Число проникающей вязкости (PVN) b — — −0,56

= [1952 — 500 log (Pen 25 ) — 20 SP] / [50 log (Pen 25 ) — SP — 120]. = [-6,387 + 1,195 log (Pen 25 ) + 1,5 log (Visco 135 )] / [0,79511 — 0,1858 log (Pen 25 )].

2.1.2. FT Paraffin Wax (Sasobit)

FT-Paraffin — это длинноцепочечный алифатический углеводород (длина цепей находится в диапазоне от 40 до 115 атомов углерода), который получают перегонкой каменноугольной смолы с использованием процесса Фишера-Тропша.При температурах ниже точки плавления он образует в связующем кристаллическую сетчатую структуру, которая, как сообщается, обеспечивает дополнительную стабильность [12].

Свойства парафина FT, использованного в данном исследовании, показаны в таблице 2.

Характеристики Стандарт Значение Точка застывания ASTM D938 106 ° C Пенетрация при 25 ° C ASTM D1321 <1 дмм Пенетрация при 65 ° C ASTM D1321 6 дмм Внешний вид — Гранулы (диаметр = 1 мм)

2.2. Процедура смешивания

Как обсуждалось ранее, парафин FT добавляется к базовому битуму в количествах 1, 2, 2,5, 3 и 4 массовых процента от основного битума при 130 ° C. При этой температуре смесь перемешивают в течение 20 минут с частотой 300 об / мин, используя смеситель модели Silverson с большими сдвиговыми усилиями. Физические свойства и термочувствительность модифицированного битума определяются путем расчета индексов индекса пенетрации (PI) и числа проницаемости вязкости (PVN).

2.3. Метод испытаний

2.3.1. Обычные испытания битума

Обычные испытания битума, такие как определение точки размягчения (ASTM D36) и степени пенетрации (ASTM D5), проводятся для определения характеристик базового битума и битума, модифицированного парафином FT. Кроме того, чтобы оценить влияние содержания FT-парафина на термочувствительность модифицированного битума, рассчитываются и изучаются PI и PVN битума.

Реологические свойства модифицированного битума при высоких и промежуточных температурах измеряются с помощью реометра динамического сдвига (DSR) (ASTM D7175), сопротивление ползучести битума при низких температурах измеряется с помощью реометра с изгибающейся балкой (BBR) (ASTM D6648). и вязкость битума оценивается с помощью ротационного вискозиметра Брукфилда (ASTM D4402).

Наконец, путем определения характеристик битума при различных температурах и их классификации в соответствии с системой классификации Superpave, определяются и сравниваются классы характеристик модифицированного битума.

2.3.2. Процедура старения

Кратковременное и долгосрочное лабораторное старение базового битума и модифицированного битума проводят с использованием теста прокатной тонкопленочной печи (RTFO) (ASTM D2872) и емкости для выдерживания под давлением (ASTM D6521) соответственно.

2.3.3. Испытание реометра динамического сдвига (DSR)

Высокие температуры
В данном исследовании реометр динамического сдвига (DSR) используется для базового битума и битума, модифицированного парафином FT до и после процесса старения RTFO на основе ASTM D7175 с использованием Bohlin DSR50 реометр. DSR выполняется при высоких температурах развертки (HT) от 46 до 82 ° C с постоянной частотой 10 рад / с. Основными вязкоупругими параметрами, которые определяются при этих температурах, являются комплексный модуль сдвига (), фазовый угол (), модуль накопления () и модуль потерь ().и связаны друг с другом через фазовый угол ( δ ), который представляет собой фазовый сдвиг между приложенным напряжением сдвига и откликами деформации сдвига во время испытания. Фазовый угол является мерой вязкоупругого баланса поведения материала как.

Промежуточные температуры
Жесткость битума при промежуточных температурах имеет большое значение для предотвращения усталостных трещин. Используя результаты динамического механического анализа, можно было бы исследовать усталостное поведение модифицированного битума.Параметр усталости выбирается для отражения энергии, рассеиваемой за цикл нагрузки, которую можно рассчитать как [13]. Спецификация предписывала соотношение, согласно которому снижение на 1,59 Гц соответствует улучшенному сопротивлению усталости.
В этом исследовании, чтобы оценить влияние содержания FT-парафина на характеристики битума при промежуточных температурах эксплуатации, испытание DSR (ASTM D7175) проводится на битуме, выдержанном на основе PAV, в диапазоне температур 19–34 ° C при постоянная частота 1.59 Гц.

Низкие температуры
Для оценки влияния содержания FT-парафина на характеристики модифицированного битума при низких температурах, испытание на сопротивление ползучести (ASTM D6648) проводится компанией по производству пушечных инструментов BBR (реометр изгибающейся балки) на основе и модифицированный битум после процесса старения PAV.
В данном исследовании пучок битума (длина 127 мм, ширина 12,7 мм и толщина 6,35 мм) погружается в ванну с постоянной температурой при каждой температуре испытания (начиная с –24 ° C) на 60 мин.После подготовки образцов к прямоугольной балке на несколько секунд прикладывают нагрузку в мН, которая поддерживается с обоих концов полукругом из нержавеющей стали (102 мм друг от друга), и непрерывно измеряется отклонение центральной точки. Путем проведения этого испытания содержание скорости (-значения) ползучести и жесткости при ползучести (St) определяется для всех образцов в диапазоне температур от -6 до -24 ° C при тепловом интервале 6 ° C (ASTM-D6373). . Скорость ползучести (-значение) и жесткость ползучести (St) также исследуются при указанной температуре и различных временах нагружения (от 8 секунд до 240 секунд).

3. Результат и обсуждение

3.1. Влияние содержания парафина FT на температурную чувствительность

Влияние содержания парафина FT на физические свойства модифицированного битума можно увидеть в таблице 3.

Характеристика Тип битума PG58-22 PG58-22 + PG58-22 + PG58-22 + PG58-22 + PG58-22 + 1% Sasobit 2% Sasobit 2 .5% Sasobit 3% Sasobit 4% Sasobit Пенетрация (dmm) 62 56 51 49 48 42 Температура размягчения ( ° C) 49 50 52 57 59 72 Пластичность (см) > 100 > 100 98 95 89 58 Кинематическая вязкость ( v ) при 135 ° C 420 415 408 405 403 379 Индекс пенетрации (PI) −1 .12 −0,94 −0,64 0,65 0,73 2,7 Число проникающей вязкости (PVN) −0,56 −0,69 −0,9 −0,93 −0,97 −1,17

Согласно таблице 3, увеличение содержания FT-парафина приводит к снижению степени пенетрации и увеличению температуры размягчения модифицированного битума.Эта тенденция показывает увеличение индекса PI модифицированного битума при увеличении содержания FT-парафина таким образом, что модифицированный битум, содержащий 4% FT-Paraffin, имеет максимальный индекс PI. Более того, за счет увеличения содержания FT-Paraffin вязкость битума при 135 ° C снижается. Эта тенденция вызывает снижение индекса PVN. Более низкие значения PI и PVN указывают на более высокую температурную восприимчивость, а асфальтовые смеси, содержащие связующие с более низкой температурной восприимчивостью, должны быть более устойчивыми к растрескиванию и колейности.Обратная тенденция PI и PVN показывает, что текущие испытания битума, которые используются в качестве основы для расчета термической чувствительности битума, не могут быть подходящими критериями для оценки термической чувствительности битума, модифицированного парафином FT.

3.2. Влияние содержания парафина FT на вязкость

Вязкость битума при высокой температуре считается важным фактором, поскольку она представляет собой способность перекачивать битум через асфальтовый завод, покрывать заполнитель в асфальтобетонной смеси, а также укладывать и уплотнять смесь [ 14].Влияние содержания FT-парафина на вязкость битума оценивается с использованием вискозиметра Брукфилда (ASTM D7175) при 120 ° C, 135 ° C и 150 ° C, и графики изменения вязкости-температуры показаны для основы и FT- Битум модифицированный парафином.

Рисунок 1 демонстрирует, что при заданной температуре за счет увеличения содержания FT-парафина вязкость битума уменьшается. На рисунке 1 также показано, что вязкость всех модифицированных битумов при 135 ° C составляет менее 3000 мПа · с, а вязкости модифицированных битумов при этой температуре соответствуют требованиям ASTM D6373.Температура перемешивания и уплотнения асфальтовых смесей была определена в соответствии с графиком вязкость-температура, и это температура, при которой вязкость битума будет соответственно и сантистоксов (ASTM D6926). Из рисунка 1 можно было бы изучить влияние содержания FT-парафина на температуру перемешивания и уплотнения асфальтовых смесей. На рисунках 2 и 3 показано влияние содержания сасобита на диапазоны температур смешивания и уплотнения соответственно. Согласно этим фигурам, при увеличении содержания FT-парафина, температуры смешивания и уплотнения асфальтовой смеси снижаются, и, следовательно, путем модификации битума добавкой FT-Parafin можно будет смешивать и уплотнять асфальтовые смеси при более низких температурах.

3.3. Характеристики битума, модифицированного парафином FT при высоких температурах. более упругая (восстанавливаемая) составляющая общей деформации. Согласно этому исследованию, при данной температуре за счет увеличения добавки FT-Paraffin в базовый битум значения и соответственно увеличиваются и уменьшаются.Аналогичная тенденция наблюдается для модифицированного битума после процесса старения RTFO.

В спецификации вяжущего Superpave колейность учитывается с помощью коэффициента колейности (), который зависит исключительно от реологических свойств битумного вяжущего. Чем выше коэффициент колейности вяжущего, тем жестче должен быть асфальтобетон и, следовательно, более устойчивым к колейности.

На рисунках 4 и 5 показана тенденция для базового и модифицированного битума до и после процесса старения RTFO в температурном диапазоне от 46 ° C до 82 ° C и при постоянной частоте 1.59 Гц. Одновременное увеличение и уменьшение с повышенным содержанием FT-парафина увеличивает коэффициент колейности (), а также устойчивость к остаточной деформации при высоких температурах.

.

Предотвращение выкрашивания высокопрочного бетона при высоких температурах

Реферат

В последние годы использование высокоэффективного бетона (HPC) значительно расширилось в таких областях, как предварительно напряженные бетонные конструкции, мосты, конструкции крыш с большим пролетом и контейнеры для опасные жидкости или ядерные отходы из-за его выдающихся структурных характеристик и более высокой прочности. Однако его характеристики огнестойкости по-прежнему вызывают беспокойство, особенно в отношении растрескивания взрывчатых веществ при пожаре.Следовательно, важно понимать свойства отслаивания (механизм, факторы воздействия, меры предотвращения и т. Д.) Высокоэффективного бетона, подвергающегося воздействию высоких температур, чтобы можно было гарантировать безопасность конструкции конструкции при пожаре с использованием HPC. В этом отчете представлен современный обзор мер по предотвращению взрывного растрескивания высокоэффективного бетона в условиях пожара.

1. Введение

В последнее время бетон с высокими эксплуатационными характеристиками (HPC), поскольку он может удовлетворить ожидания в отношении превосходных механических свойств и длительного срока службы, все чаще применяется в различных конструкциях, таких как мосты, туннели, высотные здания и т. Д. крупнопролетные инфраструктуры.HPC в настоящее время хорошо зарекомендовал себя как очень плотная гомогенная микроструктура бетона, особенно на границе раздела между гидратированной пастой и заполнителем [1]. Как правило, это достигается за счет использования низкого соотношения вода / цемент (0,2 ~ 0,3) с помощью суперпластификаторов, которые могут создавать осадки от 75 до 125 мм [1]. Дополнительное уплотнение и однородность межфазной области достигаются за счет включения минеральных примесей, таких как летучая зола, дым кремнезема и т. Д. Однако эта полезная микроструктура, по иронии судьбы, вызывает критическую проблему воздействия огня, особенно в отношении взрывного отслаивания который определяется как резкое отрывание слоев или кусков бетона от поверхности конструктивного элемента при воздействии высокой и быстро возрастающей температуры в условиях пожара [2].Некоторые исследования показали, что HPC более уязвим к взрывному растрескиванию при высоких температурах, чем бетон нормальной прочности (NSC), что серьезно угрожает безопасности приложений HPC. Опыт пожара Виндзорской башни в Мадриде в Испании (2005 г.), взрывного разрушения HPC, высветил серьезные социальные проблемы в сознании общественности, как показано на Рисунке 1. Таким образом, решение проблемы выкрашивания теперь является основным требованием в любой новой проектирование конструкций. Однако отсутствуют данные о конструкции и характеристиках HPC, особенно в условиях пожара.

Рисунок 1.

Повреждение бетона и арматуры после пожара Виндзорской башни в Мадриде (Испания, 2005 г.).

В этом отчете представлен современный обзор феномена растрескивания HPC в целом и откола взрывчатых веществ в частности. Обсуждаются механизмы и факторы взрывного откола.

2. Выкрашивание высокопрочного бетона

2.1. Определение и типы отслаивания

Как наиболее типичная форма, отслаивание определяется как резкое или ненасильственное отрывание слоев или кусков бетона от поверхности конструктивного элемента при воздействии высокой и быстро возрастающей температуры в условиях пожара [3] .Гэри [4] предположил, что растрескивание можно разделить на четыре категории: (а) совокупное растрескивание, (б) угловое растрескивание, (в) поверхностное растрескивание и (г) взрывное растрескивание. Как показано на Рисунке 2, скалывание агрегатов, скалывание поверхностей и взрывное скалывание происходят в течение первых 7–30 минут при пожаре, сопровождаясь хлопающими звуками (скалывание агрегатов) или сильными взрывами (скалывание поверхностей и взрывчатых веществ) [5]. Выкрашивание может также произойти ненасильственным путем (скалывание углов) позже при пожаре, когда бетон настолько ослаб после периода нагрева в течение 30–90 минут, что появляются трещины и куски падают с его поверхности [5].Самым важным из них является взрывное растрескивание, которое происходит с большой силой и приводит к серьезным потерям материала.

Рисунок 2.

Время возникновения различных видов сколов при пожаре [5].

2.2. Механизмы взрывного выкрашивания

Самые последние теории причин взрывного выкрашивания указывают на то, что решающую роль играют три фактора, а именно: (а) рост порового давления, (б) термические напряжения и (в) совокупность высоких поровое давление и термическое напряжение в бетоне при воздействии быстро возрастающей температуры.Первая гипотеза предполагает, что при нагревании в бетоне образуется водяной пар, и, поскольку проницаемость HPC низкая, что ограничивает способность пара улетучиваться, происходит повышение давления пара. Вторая возможность — это термические напряжения вблизи нагретой поверхности из-за предварительной нагрузки или высокого температурного градиента, вызванного высокой скоростью нагрева. В-третьих, возможно сочетание обоих явлений. Эти различные механизмы могут действовать индивидуально или в комбинации в зависимости от содержания влаги, размера сечения и материала.

2.2.1. Выкрашивание порового давления

Этот механизм предложен Шортером и Хармати [6], Мейер-Оттенсом [7] и Актарруззаманом и др. [8]. Гипотеза состоит в том, что отслаивание происходит из-за нарастания очень высоких поровых давлений внутри бетона в результате перехода жидкость-пар капиллярной поровой воды, а также связанной в цементной пасте компонента бетона (так -называемое влагозаборным отколом) [6, 7]. Как показано на рисунке 3, нагрев поверхности бетона приводит к температурному градиенту, который заставляет влагу проникать внутрь бетона, а также наружу.Затем с глубиной от нагретой поверхности бетона развиваются три зоны влажности: сухая зона около нагретой поверхности (а), промежуточная зона испарения (б) и зона, насыщенная влагой (в), которая может содержать больше влаги, чем исходная. содержание влаги. В результате поровое давление увеличивается до максимального уровня на расстоянии от поверхности в зависимости от проницаемости бетона и способствует взрывному растрескиванию. Максимальное поровое давление больше в HPC (или HSC: высокопрочный бетон) и развивается ближе к поверхности, чем в NSC.Отслаивание под давлением пор приводит к тому, что HPC имеет плотную микроструктуру и множество разъединенных пор, что значительно препятствует свободному переносу водяного пара и его утечке в матрицу при воздействии повышенной температуры. Взрывное растрескивание происходит, когда поровое давление в матрице накапливается до порогового значения, превышающего их предел прочности [9, 10].

Рисунок 3.

Изменения температуры (T), давления пара (P) и содержания влаги (u) во влажном бетоне, нагретом с одной стороны [10].

2.2.2. Выкрашивание под термическим напряжением

Этот механизм предложен Сайто [11] и Дугиллом [12]. Термические напряжения будут возникать внутри бетона из-за градиентов температуры от нагретой поверхности к внутренним, более холодным участкам бетона, как показано на рисунках 4 и 5. Эти градиенты будут увеличиваться с быстрыми темпами нагрева. Считается, что различные деформации из-за теплового градиента вызывают растягивающие и сжимающие напряжения в зависимости от тепловых и механических свойств бетона.Затруднение расширения, нагрузки и ограничения, а также скорость нагрева упоминаются в качестве дополнительных параметров [13]. Считается, что разрушение из-за отслаивания превышает прочность бетона на сжатие вблизи нагретой поверхности. Сжимающие напряжения из-за теплового градиента также приводят к растягивающим напряжениям в более холодных частях бетона. Миграция влаги не учитывается при отслаивании из-за термических напряжений [14], а отслаивание HPC или NSC с высоким содержанием влаги не может быть объяснено отслаиванием из-за термического напряжения.Взрывное растрескивание только из-за термических напряжений — относительно редкое явление [14].

Рисунок 4.

Механизм выкрашивания под термическим напряжением [11].

Рис. 5.

Типичное распределение температуры в бетоне за 60 минут нагрева при пожаре BS476 [13].

2.2.3. Комбинированное поровое давление и взрывное растрескивание, вызванное термическим напряжением

Этот механизм предложен Жуковым [15], Сертмехетоглу [16] и Коннелли [17]. Согласно модели Жукова, напряжения, возникающие в нагретом бетонном элементе, могут накладываться друг на друга и их суммирование по сравнению с прочностью материала бетона.Он считал, что действующие напряжения можно разделить на напряжения, вызванные нагрузкой, термические напряжения и поровые давления. Основываясь на идеях Жукова, Хури [13] представил общую схему комбинированного взрывного выкрашивания, вызванного термическим напряжением и поровым давлением, как показано на Рисунке 6. Как правило, бетон с высокими эксплуатационными характеристиками имеет тенденцию подвергаться многократному растрескиванию (скалывание под комбинированным поровым давлением и термическим напряжением). ) более тонких секций, как это произошло во время большого пожара в туннеле Бельт в Дании (1994).

Рисунок 6.

Взрывное растрескивание от сочетания термических напряжений и порового давления по Хури на основе Жукова [13].

Хотя в прошлом предпринимались попытки теоретического моделирования различных форм выкрашивания, в последнее время в этой области произошли значительные изменения. Сложный комбинированный характер влияний влажности, порового давления и термических напряжений в неоднородном бетонном материале со сложной пористой структурой, которая заметно меняется в зависимости от температуры во время первого нагрева, не поддается аналитическому моделированию [15].

2.3. Факторы, влияющие на отслаивание

Исходя из механизмов отслаивания, основными факторами, приводящими к взрывному отслаиванию бетона при высоких температурах, являются скорость нагрева, проницаемость бетона, содержание влаги, наличие арматуры и уровень внешней приложенной нагрузки, но есть и другие факторы. были определены в обзоре литературы как влияющие на риск и степень выкрашивания [18, 19]. Факторы, влияющие на взрывное растрескивание бетона, можно разделить на следующие три категории:

1. Факторы, связанные с материалами.

2. Структурные или механические факторы.

3. Тепловые характеристики.

Однако некоторые из этих факторов можно отнести более чем к одной категории.

2.3.1. Факторы, связанные с материалом

Исследование растрескивания бетона при высоких температурах выявило несколько параметров, связанных с материалом, которые сильно влияют на растрескивание. В таблице 1 приведен краткий обзор этих определяющих параметров в зависимости от конструкции бетонной смеси или выбора материалов, используемых для бетона.

Факторы	Риск выкрашивания	Влияние
Содержание влаги	Очень высокое	Более высокое содержание влаги (в основном свободная вода) значительно увеличивает риск взрывного растрескивания из-за большого количества пара давление, но оно зависит от проницаемости бетона.
Дым кремнезема	Очень высокий	Дым кремнезема снижает проницаемость и увеличивает возможность взрывного выкрашивания из-за уменьшения выделения высокого давления пара.
Проницаемость бетона	Высокая	Низкая проницаемость и недостаточное увеличение проницаемости в зависимости от температуры увеличивает риск выкрашивания из-за недостаточного сброса порового давления.
Содержание цемента	Высокое	Высокое содержание цемента увеличивает общее количество воды, добавляемой в бетон, даже при низких соотношениях в / ц.
Прочность на сжатие	Высокая	Более высокий класс прочности обычно увеличивает риск взрывного выкрашивания, в основном из-за более низкого водо-водяного отношения и проницаемости
Кварцитовые агрегаты	Высокая	Может увеличить риск выкрашивания из-за к переходу кварцитовой фазы при 573 ° С.
Наполнитель из известняка	Высокий	Понижает проницаемость, аналогично поведению по сравнению с дымом кремнезема.
Размер заполнителя	Умеренный	Более крупные заполнители увеличивают риск взрывного растрескивания из-за плохого отношения поверхности к массе.
Внутренние трещины	Переменная	Два противоположных эффекта. Небольшие трещины могут способствовать сбросу высокого давления и снизить риск растрескивания. Однако параллельное растрескивание вблизи нагретой поверхности из-за нагрузок может увеличить риск отслаивания.
Возраст бетона	Переменная	Молодой бетон имеет большое количество свободной воды, что увеличивает риск растрескивания. Этот эффект уменьшается с HPC и UHPC из-за низкой проницаемости.
Легкие заполнители	Переменная	Более высокая пористость и проницаемость позволяет снимать высокое поровое давление и снижает риск растрескивания. Более высокое содержание влаги в легких заполнителях увеличивает риск растрескивания.

Таблица 1.

Факторы, связанные с материалами, влияющие на выкрашивание.

2.3.2. Характеристики нагрева

Среди факторов, связанных с характеристиками нагрева, скорость нагрева и градиенты температуры оказывают сильное влияние на взрывное растрескивание. Таблица 2 суммирует определяющие факторы в зависимости от характеристик нагрева, которые влияют на растрескивание в целом.

Факторы	Риск выкрашивания	Влияние
Скорость нагрева	Очень высокая	Более высокие скорости нагрева обычно приводят к взрывному растрескиванию смесей HPC.
Температурный градиент	Высокий	Температурный градиент тесно связан со скоростью нагрева. Более высокие температурные градиенты повышают риск взрывного растрескивания из-за термических напряжений.
Воздействие на несколько поверхностей	Высокая	Тепловое воздействие более чем с одной стороны увеличивает риск углового или взрывного выкрашивания из-за более высоких градиентов температуры и термических напряжений
Абсолютная температура	Умеренная	Взрывоопасно растрескивание может произойти при температурах ниже 300 ~ 350 ° C.Очень высокие температуры T > 1000 ° C увеличивают риск выкрашивания после охлаждения.

Таблица 2.

Определяющие факторы в зависимости от характеристик нагрева с влиянием на растрескивание.

2.3.3. Структурные или механические факторы

Основные структурные или механические факторы, оказывающие значительное влияние на выкрашивание, представлены в Таблице 3. Трудно провести различие между чистым материалом и чисто структурными или механическими факторами, приводящими в некоторых случаях к отслаиванию, поскольку некоторые факторы могут быть такими: отнесены к обеим категориям.

Факторы	Риск выкрашивания	Влияния
Приложенная нагрузка (сжимающее напряжение и ограничение)	Высокая	Риск выкрашивания увеличивается при применении более высоких уровней нагрузки. Высокие сжимающие напряжения, вызванные ограничением расширения, возникают, когда скорость нагрева такова, что напряжения не могут быть сняты за счет ползучести достаточно быстро.
Поперечное сечение Геометрия (размер и форма сечения )	Высокая	Круглое поперечное сечение, закругленные углы, достаточное покрытие арматуры и расстояние, а также измененная конструкция стяжки снижает вероятность растрескивания или увеличивает остаточную несущую способность бетона члены после скалывания.
Тепловое расширение	Высокое	Неподвижные концы в качестве граничных условий, эксцентричная нагрузка или изгиб повышают риск.
Прочность на растяжение	Низкая	Высокая прочность на растяжение считается снижающей риск взрывного растрескивания, поскольку она обеспечивает более высокое сопротивление.

Таблица 3.

Структурные или механические факторы, влияющие на выкрашивание.

3. Конструкция против взрывного растрескивания

3.1. Профилактические меры

В настоящее время взрывное растрескивание бетона является важным фактором, который необходимо учитывать при проектировании пожарной безопасности железобетонных конструкций. Различные превентивные меры против взрывного растрескивания бетона при огнестрельном воздействии изучаются и обсуждаются многими исследователями в течение длительного периода времени. Однако существующих стандартов защиты конструкций от взрывного растрескивания недостаточно. В BS 8110: Часть 2: 1985 [20] стандарт добавляет, что «При любом методе определения огнестойкости, когда потеря покрытия может поставить под угрозу конструктивный элемент, следует принять меры, чтобы избежать его возникновения.«В соответствии с рекомендациями по огнестойкости согласно европейскому стандарту проектирования EN 1992-1-2 [21], возможное использование и эффективность стального волокна и полипропиленового (ПП) волокна обсуждаются в дополнение к общим соображениям по использованию защитная футеровка и изменения конструкции бетонных элементов. Было предложено несколько мер, основанных на факторах, влияющих на растрескивание бетона, для устранения отслаивания или уменьшения повреждений (Таблица 4). Эти меры могут применяться по отдельности или в сочетании.

Факторы, влияющие на выкрашивание	Основные меры	Специальные меры
Состояние бетона — Высококачественный бетон — Легкий бетон — Тепловые свойства — Содержание влаги — Материалы	— Термобарьер — Контроль повышения температуры в поверхностном слое бетона — Снижение температуры градиент	— Использование огнестойких материалов — Нанесение огнестойких красок — Оштукатуривание огнестойких растворов — Покрытие бетон по стальной трубе и т. д.
	— Сброс и уменьшение паров давление	— Добавление синтетического волокна (полипропиленовое волокно и т. Д.) — Принудительная сушка конструктивных элементов — Установка влагоотделительных трубок
Огнестойкость и условия — Высокая скорость нагрева — Время воздействия огня	— Предотвращение повышения температуры	— Удаление легковоспламеняющихся материалов в здании — Сделать из материалов негорючие — Расширение противопожарных сооружений
Элемент конструкции условия — Размер и форма сечения — Глубина бетона	— Расчет пожарной безопасности

Таблица 4.

Профилактические мероприятия — реагирование на факторы, вызывающие выкрашивание [22].

В качестве наиболее эффективных методов снижения риска взрывного растрескивания рекомендуется добавление полипропиленовых волокон и использование теплового барьера. Риск взрывного растрескивания, который может произойти в течение первых 7–30 минут пожара, также снижается за счет снижения содержания влаги в бетоне до менее 5% по объему, за счет исключения тонких сечений и быстрого изменения формы. и ограничивая сжимающее напряжение.

3.2. Снижение высокого давления пара

Рис. 7.

Плавление полипропиленовых волокон в бетоне при температуре около 170 ° C [22].

Рисунок 8.

Показатели огнестойкости бетона с полипропиленовыми волокнами 0,9 кг / м3 [22]. (а) Без волокон ПП; и (б) добавление полипропиленовых волокон (0,9 кг / м3).

Важным недавним достижением в предотвращении взрывного растрескивания стало использование синтетических волокон в бетонной смеси, особенно полипропиленовых волокон. Полипропиленовые волокна плавятся при температуре около 170 ° C, поэтому они могут снизить нарастание высокого порового давления в бетоне из-за создания каналов для легкого выхода пара, как показано на рисунке 7.Впервые эта мера была описана в Японии [23] и впоследствии исследована Дидериксом [24] и Коннелли [17]. Коннелли [17] сообщил, что добавление 0,05% по весу волокон в бетон (w / c = 0,4, заполнитель 10 мм) полностью устранило растрескивание при пожаре (скорость нагрева 25 ° C / мин), в то время как 83% подобных образцов без волокна были разорваны взрывным образом. Ясно показано, что добавление полипропиленовых волокон является эффективным средством предотвращения взрывного растрескивания, как показано на Рисунке 8. Еврокод 2 (Проектирование бетонных конструкций, Часть 1-2: Конструктивное противопожарное проектирование, 1993) [25] также предлагает содержание волокна PP не менее 2.0 кг / м ³ для эффективного предотвращения взрывного выкрашивания HSC. Однако более поздние исследования показали, что этого содержания волокна в сверхвысокопрочном бетоне (UHSC) более 150 Н / мм ² , таком как реактивный порошковый бетон (RPC), было недостаточно для предотвращения взрывного отслаивания при пожаре, хотя было обнаружено, что они эффективны при использовании с HSC 60 ~ 110 Н / мм ² [26]. Следовательно, использование таких волокон более эффективно в бетоне с более низкой прочностью.

Между тем, в последние десятилетия различные синтетические волокна были протестированы с точки зрения характеристик плавления, обрабатываемости и общих характеристик с целью снижения риска растрескивания.Таблица 5 дает краткий обзор различных волокон, доступных для предотвращения взрывного растрескивания бетона.

Тип волокон	Эффективность
Полипропиленовая фибра	— Расплавление (170 ° C) полипропиленовых волокон в бетоне, увеличивает проницаемость бетона и снижает поровое давление. — Волокна могут отрицательно влиять на обрабатываемость, особенно очень тонкие волокна. — Содержание волокна 2 ~ 3 кг / м 2 3 кажется наиболее эффективным средством защиты от скалывания.
Нейлоновое волокно	— Довольно высокая температура плавления 200 ° C, которая может быть слишком высокой для некоторых смесей.
PVC	— Выделяет опасные хлориды, не должен использоваться с бетоном.
Полиэтиленовое волокно	— Низкая температура плавления 90 ° C, но высокая вязкость расплавленных волокон минимизирует увеличение проницаемости (менее применимо).
Стальная фибра	— Повышает пластичность HPC и увеличивает сопротивление растрескиванию колонн с узким расстоянием между стяжками. — Однако при испытаниях не наблюдалось заметного увеличения сопротивления с другими структурами.

Таблица 5.

Использование различных волокон для предотвращения взрывного растрескивания бетона.

3.3. Тепловой барьер

Тепловой барьер обычно ограничивает повышение температуры и максимальную температуру на поверхности бетона и, таким образом, снижает риск взрывного растрескивания, а также потери механической прочности. Толщина их слоя должна удерживать эти температуры ниже критического уровня для отслаивания бетона.Однако критические температуры, приводящие к растрескиванию, обычно недоступны, поскольку они меняются с каждой конкретной бетонной смесью. Меры теплового барьера можно разделить на две категории: (а) методы материалов и (б) методы строительства. В методах использования материалов обычно используется защитное покрытие на поверхности бетона из огнестойких материалов, как показано на Рисунке 9. В строительных методах методы покрытия бетона стальной трубой, использование металлической планки или удержания стальной арматура против сколов (рис 10), и окружающие методов бетон с огнезащитной доской представлены в качестве защитной меры сколов.

Рисунок 9.

Показатели огнестойкости бетона, покрытого огнестойкими материалами.

Рис. 10.

Показатели огнестойкости бетона с ограничивающей стальной арматурой от растрескивания. (a) Использование ограничительной стали и (b) поверхности бетона после испытания на огнестойкость.

С точки зрения снижения пиковых температур в бетоне, эти меры являются очень эффективным методом (полипропиленовые волокна не снижают этого).Однако есть два потенциальных недостатка: (1) стоимость изоляции, вероятно, будет больше, чем стоимость волокон, и (2) у некоторых производителей возникла проблема с ограничением границ в нормальных условиях эксплуатации. Как правило, критерии проектирования заключаются в том, чтобы нанести достаточную толщину покрытия, чтобы снизить максимальную температуру на поверхности бетона до уровня ниже 300 ° C и максимальную температуру на стальной арматуре примерно до 250 ° C в течение 2 часов после огонь [13].Следует отметить, что опыт показывает, что, хотя 25 мм покрытия может быть достаточным для прочности бетона примерно до f _c = 60 Н / мм ² , но может потребоваться толщина покрытия 35 мм для высокопрочный бетон во избежание взрывного растрескивания [13].

3.4. Методы борьбы с выкрашиванием в полевых условиях

3.4.1. Бетон с повышенной огнестойкостью (AFR)

Бетон с повышенной огнестойкостью изготавливается из полипропиленовых волокон (диаметр: 0.012–0,2 мм, длина: 5–20 мм) 0,1–0,35% по объему и практически используется в HSC 80–120 Н / мм ² . В этом бетоне добавление полипропиленовых волокон происходит для предотвращения взрывного растрескивания на поверхности бетона за счет выделения высокого давления пара и теплового расширения из-за плавления волокон PP при температуре около 160 ° C, что приводит к образованию каналов для воды. пар выходит внутрь бетона. На рисунке 11 показаны характеристики огнестойкости образцов колонны, примененных в бетоне ARF [22].

Рисунок 11.

Показатели огнестойкости образцов колонн, нанесенных на ARF-бетон.

3.4.2. Метод огнестойкого бетона (FPC)

Метод огнестойкости бетона заключается в применении порошка ПП вместо волокон ПП в высокопрочном бетоне. Температура плавления порошка ПП составляет 165 ° C, плотность составляет 0,9 г / см ³ , и его обычно используют при содержании добавок 1 ~ 3 кг / м ³ по весу. В частности, порошок полипропилена обладает отличной диспергируемостью и снижает сложность, например, при смешивании волоконного шарика.На рисунке 12 показаны характеристики огнестойкости образца колонны, примененного в методе FPC [8].

Рис. 12.

Показатели огнестойкости образца колонны, примененного в методе FPC. (а) Обычный бетон и (б) метод FPC.

Рис. 13.

Огнестойкость образца колонны с применением метода FRCC. (а) Обычный бетон и (б) метод FRCC.

3.4.3. Огнеупорная железобетонная колонна (FRCC), метод

Огнеупорная железобетонная колонна, метод заключается в нанесении защитного покрытия на поверхность бетона с помощью огнестойких материалов.В качестве огнестойких материалов обычно используются плиты из силиката кальция с волокнами, керамические огнестойкие растворы, растворы со смешанными целлюлозными волокнами и т. Д. Это метод термобарьера для ограничения повышения температуры и максимальной температуры на поверхности бетона, чтобы снизить риск взрывного растрескивания. Толщина их слоя должна составлять более 20 мм для HSC 80–120 Н / мм ² во избежание взрывного растрескивания в целом [22]. На рисунке 13 показаны характеристики огнестойкости образца колонны, примененного в методе FRCC.

4. Выводы

Взрывное скалывание — это очень сильная форма скалывания, которая характеризуется отколом слоев или кусков бетона от поверхности конструктивного элемента, сопровождающимся типично громким взрывным шумом при воздействии высоких и быстрых ударов. повышение температуры в условиях пожара. Обычно это происходит в течение первых 7–30 минут при пожаре. Самые последние теории причин взрывного выкрашивания указывают на то, что решающую роль играют три фактора: (а) рост порового давления, (б) термические напряжения и (в) комбинированные явления в бетоне при быстром воздействии повышение температуры.Взрывное растрескивание обычно происходит по отдельности или в сочетании в зависимости от содержания влаги, размера сечения и материала. Замечено, что бетон с высокими эксплуатационными характеристиками имеет тенденцию к многократному растрескиванию (отслаивание из-за комбинированного порового давления и термического напряжения) более тонких участков. На самом деле, на взрывное растрескивание бетона влияет большое количество факторов. Основываясь на механизмах, основными факторами, приводящими к взрывному растрескиванию, являются скорость нагрева, проницаемость бетона, содержание влаги, наличие арматуры и уровень внешней приложенной нагрузки.Факторы можно разделить на три категории: факторы, связанные с материалами, структурные или механические факторы и характеристики нагрева. Большинство этих факторов может быть напрямую связано с взрывным растрескиванием. Однако некоторые из них также относятся к другим типам, и трудно провести четкое разделение между отдельными параметрами. В качестве наиболее эффективных методов снижения риска взрывного растрескивания рекомендуется добавление полипропиленовых волокон и термобарьер.Риск взрывного растрескивания также снижается за счет уменьшения содержания влаги в бетоне до менее 5% по объему, за счет исключения тонких сечений и быстрых изменений формы, а также за счет ограничения сжимающего напряжения.

.

No related posts.