book_23313

Теплоемкость бетонной смеси в кДж/К можно находить по фо-

рмуле:

где mц, mп, mщ, mв – соответственно масса цемента, песка, щебня (гравия) и воды в т/м3.

12

Рис. 2.63. Схема адиабатического калориметра:

1 - наружная обшивка из древесины, 2 - теплоизоляция, 3 - внутренняя обшивка, 4 - металлический экран, 5 - крышка формы, 6 - вентилятор, 7 - термометр сопротивления, 8 - медная гильза, 9 - нагревательный элемент, 10 - форма для бетонной смеси, 11 - бетон, 12 - выводы для электронного моста, регистрирующего температуру в камере и в бетоне, 13 - выводы к прибору, автоматически регулирующего температуру в камере

Теплоемкость формы Сф, кДж/К рассчитывают по формуле:

191

где Ст.ф. – удельная теплоемкость материала формы, кДж/(кг·К); mф

– масса формы с крышкой.

По результатам замеров строят кривую подъема температуры бетона (рис. 2.64), твердевшего в адиабатических условиях.

Повышение температуры бетона с поправкой на теплоемкость формы ∆t вычисляют по формуле:

Увеличение температуры, К(°С)

Время, сут.

Рис. 2.64 Пример кривой подъема температуры бетона, твердевшего в адиабатических условиях

Пример.2.19. Рассчитать по данным измерений в адиабатическом калориметре (рис. 2.63) удельную теплоту гидратации цемента в бетоне в 7 и 28 суток.

Бетон класса В15. Расход материалов: Ц – 210 кг/м3; П – 465 кг/м3; Щ – 1155 кг/м3; В – 112 кг/м3. Масса формы с крышкой mф=4,2 кг. Теплоемкость материала формы Ст.ф=4,2 кДж/К.

1.По формуле (2.140) находим теплоемкость бетонной смеси:

Сб.с. = 0,84(0,21+0,465 +1,155)+3,76 0,112 = 1,958кДж / К .

2.Теплоемкость формы Сф, кДж/К рассчитываем по формуле

(2.141):

Сф = 0,5 42,2 = 1,05кДж / К .

192

3.Определяем общую теплоемкость:

С0 =1,958 +1,05 = 3,008кДж/ К .

4.По формуле (2.142) вычисляем повышение температуры бетона с поправкой на теплоемкость формы ∆t. Начальную температуру бетона и температуру бетона в возрасте 7 и 28 суток находим по рис. 2.64.

Начальная температура - 286,4 К. Температура бетона в возрасте 7 суток - 310,4 К В возрасте 28 суток - 317,4 К:

5. По формуле (2.139) находим удельное тепловыделение цемента в бетоне q, кДж/кг в данный промежуток времени, соответствен-

І. Д. Запорожцем, С.Д. Окороковым и А.А.Парийским предложено тепловыделение бетона в возрасте 7 суток в кДж/м3 вычислять по

где q7 –удельное тепловыделение цемента в возрасте 7 сут, определенное стандартным методом; ОК – осадка конуса бетонной смеси, см; Ц – расход цемента в кг/м3.

Этой формулой рекомендуется пользоваться в пределах следующих значений Ц и ОК:

Для инженерных расчетов при оценке тепловыделения бетона в разные сроки твердения (Qτ) может быть использована зависимость:

193

где qτ –удельное тепловыделение цемента в возрасте τ сут.

При расходе цемента, например, 300 кг/м3 и осадке конуса 2 см по формуле (2.143) Qτ = 286 qτ, по формуле (2.144) Qτ = 300 qτ, т.е. отклонение не превышает 5%.

Для расчета qτ при использовании портландцемента без минеральных добавок предложено аддитивное уравнение:

где С3S, C2S, C3A, C4AF – расчетное содержание соответствующих минералов, %, аτ, bτ, сτ, dτ - коэффициенты, учитывающие участие

Использование уравнения (2.145) при прогнозировании тепловыделения реальных цементов на практике встречается редко. Это обусловлено тем, что бездобавочные цементы используются в весьма ограниченном количестве, однако и для них кроме минералогического состава, на тепловыделение существенно влияют тонкость помола, наличие примесей и др

Наряду с данными, полученными по уравнению (2.145), для приблизительных расчетов могут быть использованы различные справочные данные для удельного тепловыделения цемента. В частности, в табл. 2.37 приведены данные, полученные С.А. Мироновым

194

для цементов разных видов и марок в зависимости от температуры и продолжительности твердения бетона.

Таблица 2.37 Удельное тепловыделение цемента разных видов и марок в зави-

симости от температуры и времени твердения бетона

Н.Б.Марьямовым предложена формула для определения тепловыделения бетона (Qτ) в зависимости от удельного тепловыделения

195

цемента в возрасте 28 сут. (q28), В/Ц, температуры бетона (tб) и продолжительности твердения(τ):

Для практических расчетов по этой формуле построена номограмма (рис. 2.65).

Рис.2.65. Номограмма для определения тепловыделения бетона, изготовленного на портландцементе, при тепловой обработке

196

В этой номограмме использована корреляционная связь между удельным тепловыделением цемента (q28) и его маркой по прочности.

Формулу (2.149) можно использовать для оценки тепловыделения бетона в процессе пропаривания.

Пример. 2.20. Рассчитать тепловыделение бетона с В / Ц = 0,4, изготовленного на портландцементе М400 при пропаривании, если температура бетона tб=80°. Продолжительность тепловой обработки τ = 6,25 ч.

Найдем количество градусо-часов, затраченных при тепловой обработке бетона: tбτ=80ּ6,25=500 град-ч.

По номограмме (рис. 2.65 ) определяем тепловыделение бетона:

Q=230 кДж/кг.

Термостойкость бетона. Термостойкость - способность бетона выдерживать резкие изменения температур от предельно допустимой до нормальной (20 ° С).

Для испытаний (ГОСТ20910-90) изготавливают три образца-куба с ребром длиной 7 см из бетонной смеси рабочего состава. Образцы выдерживают при температуре (20± 5)°С и относительной влажности 90 ... 100% 7 суток, а затем высушивают до постоянной массы при температуре (105 ± 5) ° С 48 ч. Подъем температуры при сушке образцов должен происходить со скоростью 50°С в ч.

Охлаждают образцы после сушки в течение 4 ч.

Для бетонов со средней плотностью не менее 1500 кг/м3 термостойкость Т1 определяют в водных теплосменах. Образцы помещают в печь, предварительно разогретую до расчетной температуры, и выдерживают 40 мин. Колебания температуры в печи допускаются в пределах ± 20 ° С. После 40 мин. выдержки в печи образцы погружают в ванну емкостью 10 л с водой комнатной температуры. Образцы охлаждают в воде 5 мин, после извлечения из воды выдерживают 10 мин. при температуре (20 ± 5) ° С. Затем нагрев повторяют. После каждой теплосмены воду в ванной меняют.

Для бетонов со средней плотностью менее 1500 кг/м3 и ячеистой структурой термическую стойкость Т2 определяют в воздушных теплосменах. С этой целью после высушивания образцы ставят в предварительно разогретую до расчетной температуры печь и вы-

197

держивают при этой температуре 1 ч. Колебания температуры в печи допускаются в пределах ± 20°С. После извлечения из печи образцы охлаждают под вентилятором в течение 20 мин. Затем нагрев повторяют. После каждой теплосмены образцы осматривают, отмечают появление трещин и другие разрушения и определяют потери массы. Число теплосмен, вызвавшее разрушение образцов или потерю бетоном 20% первоначальной массы, принимают за термическую стойкость в водных или воздушных теплосменах.

Термическая стойкость имеет важное значение для жаростойких бетонов. При работе тепловых агрегатов жаростойкие бетоны работают в условиях резких колебаний температуры, что является одной из основных причин появления трещин и сколов на футеровке. Термическая стойкость бетонов зависит от вида вяжущих, заполнителей и тонкомолотых добавок, водовяжущего отношения. Для портландцементного бетона с шамотным заполнителем при нагреве до 800°С уже через 10 ... 15 циклов появляются волосяные, а 20 ...

25циклов открытые трещины.

Для повышения термической трещиностойкости необходимо

подбирать состав бетона с минимальным различием температурных деформаций крупного заполнителя и растворной части. Применяют также дисперсное армирование бетона температуростойкими волокнами. Большую термостойкость имеют бетоны с меньшими значениями модуля упругости и большей теплопроводностью.

Термическая стойкость бетона линейно связана с его коэффици-

ентом термического расширения. Он колеблется в интервале 4 ...

11 ּ 10-6.

2.7. Коррозионная стойкость бетона

Коррозия бетона - это необратимое ухудшение его свойств в результате химического, физико-химического, биологического воздействия окружающей среды или под действием агрессивных агентов, которые вносятся с компонентами бетонной смеси при ее изготовлении.

Технические требования к защите от коррозии бетонных и железобетонных конструкций установлены ГОСТ 31384:2008, методы испытаний - ГОСТ 31383:2008.

198

Общие требования к проведению испытаний. Лабораторные методы испытаний на коррозионную стойкость цементных бетонов заключаются в сравнении значений характерных показателей образцов, находящихся в агрессивной среде со значениями аналогичных показателей в неагрессивной среде или эталонных образцов. Количество образцов должно быть не менее 3. Показатели, которые рекомендуют выбирать для оценки коррозионной стойкости бетона, приведены в табл. 2.38, размеры образцов - в табл. 2.39.

Наименьший размер образца должен быть больше четырехкратного значения максимальной крупности зерен фракция заполнителя. Эталонные образцы затвердевают 3 суток на влажном воздухе и 25 суток в воде при температуре (20 ± 3) °С.

Рекомендуемаяконцентрацияагрессивныхсредприведенавтабл. 2.40. В качестве неагрессивной среды принимают питьевую воду. Соотношение объема агрессивного раствора в см3 к 1 см2 поверхности образца принимается не менее 5:1. Продолжительность испытаний выбирают равной 1, 3, 6, 12 мес. Концентрация агрессивной среды не должна изменяться более чем на 5%, возможно отклонение температуры ± 3 ° С. Результаты испытаний оценивают в зависимости

от изменения выбранных показателей с учетом вида коррозии.

Таблица 2.38 Определяемые показатели при испытаниях бетона на коррозион-

ную стойкость

199

продолжение табл.2.38

Примечание. Знак "+" указывает на обязательность определения; знак "(+)" - определять дополнительно; знак "-" - определение не требуется.

Примечание. При необходимости допускается применение образцов других размеров.

200