Влияние температуры на рост прочности ( твердение) бетона

1. Твердение бетона при нормальной температуре.

При возведении монолитных конструкций и изготовлении изделий на полигонах, бетон твердеет при положительной температуре 5-35^оС. При достаточной влажности рост R продолжается длительное время.

Для ориентировочного определения R бетона в разном возрасте

используют формулу

R_n , R₂₈ - прочность в n и 28 суток ;

lgn , lg28 -десятичный логарифм возраста бетона.

Эта формула дает удовлетворительные результаты при n > 3 для бетонов, приготовляя на рядовом портландцементе и твердеющих при температуре 15-20^оС. В действительности темп роста R бетона, особенно в раннем возрасте, будет зависеть от многих факторов: минералогического состава и тонкости помола цемента, состава бетона, В/Ц, вида и дозировки использованных химических добавок. Нарастание R ускоряется, если применить БТЦ, добавки-ускорители твердения, бетоны с низким В/Ц.

Наиболее существенное влияние на темп твердения бетона оказывает минералогический состав цемента.

Алюминатный (СзА 12%) цемент и алитовый цемент обеспечивают более быстрое нарастание R бетона в раннем возрасте, резко замедляют прирост R в длительные сроки твердения, а бетоны на цементах со сложным минеральным составом, пуццолановом, на шлакопордландцементе и белит. п/ц, медленно твердеющих вначале, показывают заметный рост прочности в течение длительного времени. При благоприятных условиях R бетона на этих цементах к полугодовому возрасту возрастает в 1,5-1,8 раза по сравнению с R в возрасте 28 суток, отличается рост R в течение нескольких лет.

При пониженных температурах и W воздуха твердение бетона резко замедляется. Заметное влияние на твердение бетона оказывают даже сравнительно небольшие колебания температур.

Поэтому, при бетонировании масштабных сооружений, особенно в весенне-осенний период, необходимо по возможности учитывать колебания температуры и ее влияние на твердение бетона. В действительности изменение температуры не происходит мгновенно. Интенсивность нагрева и остывания зависит от перепада температур, свойств бетона, массивности конструкций и других факторов. Обычно расчет очень трудоемок.

Большое значение для твердения бетона имеет организация ухода за ним, особенно в раннем возрасте. Целью ухода является сохранение надлежащей W среды. Для этого бетон укрывают полимерной пленкой, посыпают песком, который постоянно увлажняют, используя синтетический материал, предохраняют бетон от высыхания, чтобы избежать замедления процессов гидратации цемента и роста R бетона.

При быстром высыхании бетона в раннем возрасте возникают значительные деформации усадки, появляются микротрещины. В результате ухудшается структура бетона, снижается его конечная R. Исправить структуру впоследствии не удается. Поэтому правильный уход за бетоном в раннем возрасте является необходимым условием получения доброкачественного бетона.

Твердение бетона в зимний период

При пониженных температурах R бетона нарастает медленнее, чем при нормальной. При температуре бетона ниже 0^оС, твердение бетона прекращается, если только в бетон не добавить соли, снижающую точку замерзания воды.

Бетон, начавший твердеть, а затем замерзающий после оттаивания продолжает твердеть в теплой среде. И если он не был поврежден замерзающей водой в самом начале твердения, R его постепенно нарастает, однако отстает от роста R бетона, твердеющего при нормальной температуре.

Бетон, укладываемый зимой, должен приобрести R, достаточную, для разопалубки, частичной нагрузки или даже для полной нагрузки сооружения. Замерзание бетона в раннем возрасте влечет за собой значительное понижение R после оттаивания и в процессе дальнейшего твердения по сравнению с нормально твердеющим бетоном.

Это объясняется тем, что свежий бетон насыщен водой, которая при замерзании расширяется и разрывает связи между поверхностью заполнителей и слабым цементным камнем.

Прочность бетона тем ближе к нормальной, чем позже он был заморожен. Кроме того, из-за раннего замораживания уменьшается сцепление бетона со стальной арматурой в железобетоне. При любом способе производства бетонных работ бетон следует предохранять от замерзания до приобретения им минимальной (критической) R, которая обеспечивает необходимое сопротивление давлению льда и сохранению в последующем при положительных температурах способности к твердению без значительного ухудшения основных свойств бетона. Если к бетону предъявлять повышенные требования по динамическим свойствам, водонепроницаемости и морозостойкости, то его следует предохранять от замерзания до достижения марочной R.

Способ зимнего бетонирования с противоморозными добавками прост и экономичен, но большое количество солей может ухудшить структуру бетона, долговечность и некоторые особые свойства, также имеется опасность коррозии арматуры от действия хлористых солей. Кроме того, образующиеся в процессе твердения едкие щелочи могут вступить в реакцию с активным кремнеземом, содержащимся в некоторых заполнителях и вызвать коррозию.

Поэтому бетон с противоморозными добавками не рекомендуется применять в ответственных конструкциях, в конструкциях, предназначенных для эксплуатации во влажных условиях.

Твердение бетона при повышенных температурах

Для ускорения твердения используют различные способы:

Механические - повышение удельной поверхности цемента или активация бетонной смеси;

Химические - введение добавок ускоряющих твердение;

Тепловые - пропаривание и электропрогрев.

Как известно, нагрев ускоряет химические реакции. Повышение температуры бетона активирует взаимодействие воды и цемента и ускоряет твердение бетона. При этом фазовый состав продуктов гидратации цемента, твердеющий при разных температурах, практически остается одинаковым. Установлено, что минералогический состав цемента оказывает заметное влияние на R бетона.

Поскольку скорость нарастания прочности в процессе тепловой обработки, достигая наивысших значений в первые часы, затем резко уменьшается, то практически целесообразно проводить обработку до получения предельной R. Обычно тепловую обработку заканчивают при R бетона 70-80% от предельных значений. В этом случае обеспечивается достаточно интенсивный рост R после тепловой обработки, и она достигает в возрасте 28 суток заданной средней R, а время прогрева сокращается в 2-3 раза по сравнению с тем временем, которое потребовалось бы для получения предельной R. При этом предполагается, что пропаривание начинается приблизительно через 2 часа после формования изделия, а подъём температуры будет плавным (в течение 3 часов до 80^оС).

Применение коротких режимов будет приводить к перерасходу цемента.

Проницаемость бетона

Для бетона гидротехнических и ряда других сооружений важной характеристикой является его проницаемость. Она в известной мере определяет способность материала сопротивляться воздействию увлажнения и замораживания, влиянию различных атмосферных и других факторов и агрессивных сред.

Проницаемость – бетона зависит от его пористости, структуры пор и свойств вяжущего и заполнителей.

При увлажнении бетона мельчайшие поры и капилляры заполняются водой, которая под воздействием физических поверхностных сил значительно теряет свою подвижность и как бы закупоривает эти капилляры. Наступает «кольматация» пор и капилляров, что приводит к уменьшению проницаемости бетона с увеличением возраста бетона изменятся характер его пористости, постепенно уменьшается объем макропор, которые как бы зарастают продуктами гидратации цемента и в результате уменьшается проницаемость бетона.

K пр. = At (p1-p2)

A – площадь образца

t - время

р1-р2 – градиент давления.

Коэффициент проницания оценивается количеством воды, прошедшим через 1 см образца в течение 1 часа при постоянном давлении.

Плотные бетоны обычно не фильтруют воду, поэтому для их оценки используют другие понятия – марка по водонепроницаемости. Например, W2,W4 и т. д. Эта характеристика показывает до какого давления бетон является непроницаемым для воды.

Появления микротрещин вследствие усадки бетона при попеременном увлажнении и замораживании или высыхании может существенно снизить непроницаемость бетона. Для повышения непроницаемости бетона применяют так же специальные методы: введение при приготовлении бетона органических и гидрофобных добавок, неорганических добавок, загустевших веществ или гетермопластичных полимеров, пропитка специальными веществами, гидрофобизация поверхностных слоев бетона, покрытие специальными пленкообразующими составами, пропитка мономеров с последующей полимеризацией.