Критическая прочность бетона

Механизм твердения бетона при отрицательных температурах. Критическая прочность бетона

Понятие «зимние условия» в технологии монолитного бетона и железобетона несколько отличается от общепринятого – календарного. Зимними считаются условия бетонирования при установлении среднесуточной температуры наружного воздуха не выше 5 °С или при опускании в течение суток минимальной температуры ниже 0 °С. Формирование прочностных характеристик бетона в зимних условиях имеет свои особенности. Основной проблемой является замерзание в начальный период структурообразования бетона несвязной воды затворения.

Как известно, бетон является искусственным камнем, получаемым в результате твердения рационально подобранной смеси цемента, воды и заполнителей.

Особенности зимнего бетонирования

Согласно современным представлениям, образование и твердение цементного камня проходят стадии формирования коагуляционной и кристаллических структур.

В стадии образования коагуляционной (связной) структуры вода, обволакивая мелкодисперсные частицы цемента, образует вокруг них, так называемые, сольватные оболочки, которыми частицы сцепляются друг с другом. По мере гидратации цемента процесс переходит в стадию кристаллизации. При этом в цементном тесте возникают мельчайшие кристаллы, превращающиеся затем в сплошную кристаллическую решетку. Этот процесс кристаллизации и определяет механизм твердения цементного камня и, следовательно, нарастания прочности бетона.

Ускорение или замедление процесса образования и твердения цементного камня зависит от температуры смеси и адсорбирующей способности цемента, определяемой его минералогическим составом.

По мере повышения температуры увеличивается активность воды, содержащейся в бетонной смеси, ускоряется процесс ее взаимодействия с минералами цементного клинкера, интенсифицируются процессы формирования коагуляционной и кристаллической структуры бетона. При снижении температуры, наоборот, все эти процессы затормаживаются, и твердение бетона замедляется.

Для твердения цементного камня наиболее благоприятная температура от 15 до 25 °С, при которой бетон на 28-е сутки практически достигает стабильной прочности. При отрицательных температурах вода, содержащаяся в капиллярах и теле, замерзая, увеличивается в объеме примерно на 9 %. В результате микроскопических образований льда в бетоне возникают силы давления, нарушающие образовавшиеся структурные связи, которые в дальнейшем при твердении в нормальных температурных условиях уже не восстанавливаются. Кроме того, вода образует вокруг крупного заполнителя обволакивающую пленку, которая при оттаивании нарушает сцепление – монолитность бетона. При раннем замораживании по тем же причинам резко снижается сцепление бетона с арматурой, увеличивается пористость, что влечет за собой снижение его прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

При оттаивании замерзшая свободная вода вновь превращается в жидкость и процесс твердения бетона возобновляется. Однако из-за ранее нарушенной структуры конечная прочность такого бетона оказывается ниже прочности бетона, выдержанного в нормальных условиях, на 15…20 %. Особенно вредно попеременное замораживание и оттаивание бетона.

Прочность, при которой замораживание бетона уже не может нарушить его структуру и повлиять на его конечную прочность, называют критической.

Величина нормируемой критической прочности зависит от факторов, включающих тип монолитной конструкции, класс примененного бетона, условия его выдерживания, срока приложения проектной нагрузки к конструкции, условий эксплуатации, и составляет:

— для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой – 50 % проектной прочности;

— конструкций с предварительно напрягаемой арматурой – 80 % проектной прочности;

— конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию или расположенных в зоне сезонного оттаивания вечномерзлых грунтов, – 70 % проектной прочности;

— конструкций, нагружаемых расчетной нагрузкой, – 100 % проектной прочности;

— для ненесущих конструкций – критическая прочность должна быть не ниже 5 МПа (50 кгс/см2).

Таким образом, при бетонировании в зимних условиях технологическая задача в основном заключается в использовании таких методов ухода за бетоном, которые обеспечили бы достижение предусмотренных проектом конечных физико-механических характеристик (прочность, морозостойкость и др.) или критической прочности при соответствующем технико-экономическом обосновании принятых решений и при обязательном выполнении следующих мероприятий:

— применение бетонных смесей с водоцементным отношением до 0,5;

— приготовление бетона на высокоактивных и быстротвердеющих портланд- и шлакопортландцементах, других вяжущих, в частности магнезиальных, обладающих рядом совершенно уникальных свойств, в том числе твердением при отрицательных температурах;

— использование добавок-ускорителей твердения бетона;

— подогрев воды и заполнителей;

— в отдельных случаях увеличение расхода цемента или повышение марки цемента относительно проектной.

Дата добавления: 2017-03-12; просмотров: 385 | Нарушение авторских прав

Рекомендуемый контект:


Поиск на сайте:


Метод термоса

Бетон, уложенный в зимних условиях, выдерживают преимущественно методом термоса, основанным на применении утепленной опалубки с устройством сверху защитного слоя. Бетонную смесь температурой 20—80 0С укладывают в утепленную опалубку, а открытые поверхности защищают от охлаждения. Обогревать ее при этом не требуется, так как количество теплоты, внесенных в смесь при приготовлении, а также выделяющиеся в результате физико-химических процессов взаимодействия цемента с водой (экзотермии), достаточно для ее твердения и набора критической прочности. При проектировании термосного выдерживания бетона подбирают тип опалубки и степень ее утепления. Сущность метода термоса состоит в том, чтобы бетон, остывая до 0 0С, смог за это время набрать критическую прочность. Учитывая это, назначают толщину и вид утеплителя опалубки. Утепление опалубки выполняют без зазоров и щелей, особенно в местах стыкования теплоизоляции. Для уменьшения продуваемости опалубки и предохранения ее от увлажнения по обшивке прокладывают слой толи.

В качестве защитного слоя применяют толь, картон, фанеру, соломит, по которым могут быть уложены опилки, шлак, шлаковойлок, стекловата.

Как построить фундамент зимой – рекомендации от экспертов FORUMHOUSE

Опалубка может быть двойной, тогда промежутки между ее щитами засыпают опилками, шлаком или заполняют минеральной ватой, пенопластом.

Опалубку из железобетонных плит утепляют с наружной стороны, навешивая на них маты. Поверхность, соприкасающуюся с бетоном, перед началом бетонирования обязательно прогревают. По окончании бетонирования немедленно утепляют верхние открытые поверхности, при этом теплотехнические свойства этого утеплителя (покрытия) должны быть не ниже, чем у основных элементов опалубки.
Опалубку и утеплитель демонтируют по достижении бетоном критической прочности. Поверхности распалубленной конструкции ограждают от резкого перепада температур во избежания образования трещин.
Метод термоса применяют при бетонировании массивных конструкций. Степень массивности оценивают модулем поверхности Мn=F/V, где Fплощадь суммарной охлаждаемой поверхности конструкции , м2 ; Vобъем конструкции, м 3 .

Конструкция считается массивной при Мn < 6, средней массивности при Мn=6…9 и ажурной при Мn>9.

При определении Мn не учитывается площадь поверхностей конструкций, соприкасающихся с талым грунтом, хорошо прогретой бетонной поверхностью или каменной кладкой. Для длинномерных изделий и конструкций (например, колон, ригелей, балок) Мn определяют отношением периметра их поперечного сечения к его площади.

Метод термоса применяют для конструкций с Мn < 6, а при предварительном разогреве бетона до 60…800C – с Мn=8…10.

Особенности зимнего бетонирования

Мы живем в стране, которая имеет различные климатические зоны.

Зимнее бетонирование: метод термоса, теплый раствор, электрический обогрев и сооружение тепляков

Но большинство территорий находятся в зоне холодов. В связи с тем, что работы ведутся в разное время года, следует учитывать особенности строительства в зимнее и летнее время. Переход на «зимние условия» начинается, когда среднесуточная температура снижается до + 5 градусов, а её колебания доходят до минусовых значений.

Как известно, при температуре ниже нуля вода переходит в другое агрегатное состояние – лед. В результате, не происходит ее смешивание с другим компонентом бетона – цементом. Прекращается химическая реакция гидратации, и бетон не затвердевает. Кроме того, при образовании льда развиваются высокие силы внутреннего давления, которые приводят к резкому снижению прочности бетона. При замораживании происходит нарушение связи бетона с арматурой.

Поэтому главная задача при проведении работ в зимнее время состоит в том, чтобы бетон приобрёл необходимую прочность до начала процесса замерзания. Минимальная прочность, при которой замораживание для бетона не опасно, называется критической.

Критическая прочность может составлять от 30 до 100%., в зависимости от класса бетона, вида и эксплуатации конструкций, климатических условий.

Процесс отвердевания бетона зависит прежде всего от температуры раствора. При повышении температуры происходит увеличение интенсивности физико-химических реакций и ускорение процесса отвердевания. При понижении – соответственно, наоборот. Поэтому, при бетонировании в зимнее время необходимо создать определенные условия, а это — поддержание температуры и влажности в оптимальных пределах, на всех стадиях проведения работ: приготовления раствора, его транспортировка, укладка и выдерживание бетона до приобретения критической прочности.

Методы бетонирования в зимних условиях включают в себя также использование добавок-ускорителей, которые являются одновременно «противоморозными» добавками. Это химические соединения, такие как хлористый кальций, поташ – углекислый калий, нитрат натрия и др. Они вводятся в раствор во время приготовления в очень незначительных количествах (не более 2%), но позволяют значительно ускорить процесс твердения в период выдержки бетона. Кроме того, они позволяют снизить температуру замерзания, что увеличивает продолжительность остывания смеси и приобретения ею большей прочности.

Для создания необходимой температуры бетонной смеси производят подогрев составных компонентов бетона: гравий, щебень, песок, а также воду. Желательно, чтобы смесь, подготовленная к заливке, была не выше 30 градусов. Заливать её необходимо в прогретую и утеплённую опалубку, а сверху накрыть теплоизолирующим материалом (плёнка, минеральная вата, опилки и др.) Вследствие этого, затвердевание бетона до необходимой прочности происходит за счёт изначального тепла и экзотермического тепловыделения цемента в процессе остывания. Такой способ называется методом «термоса».

Кроме того, для поддержания оптимальной температуры раствора можно использовать и такой метод, как электроподогрев. Это и введение специальных электродов непосредственно в раствор с пропусканием через них переменного тока, и нагревание смеси в специальных емкостях, и использование, так называемой, «греющей» опалубки, и воздействие источниками инфракрасного излучения.

Также для прогрева бетона, уложенного в опалубку, используют, так называемые, тепляки (полог, палатка), которые сооружаются на время бетонирования. Во внутреннее пространство подается горячий воздух тепловыми пушками.

Таким образом, вы получили краткую информацию об особенностях «зимнего» бетонирования в сравнении с календарным.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *