Схватывание бетона при низких температурах: Бетонирование при отрицательной температуре — ЗАО «МСК-1»

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.

способы прогрева, температура и др. хитрости

При проведении различных строительных работ важно придерживаться выбранного графика. Предварительное планирование осуществляется с учетом технологической последовательности мероприятий. В некоторых случаях особое внимание должно уделяться температурному режиму – например, при использовании бетона. Идеальным решением является выбор времени года, когда климатические условия лучше всего подходят для таких действий. Если заливка бетона все же проводится зимой, применяются различные способы нагрева и модификаторы.

Зачем обогревать бетон

• цемент;
• вода;
• песок;
• наполнители.

Схватывание материала и дальнейший набор прочности определяется химическим процессом гидратации цемента водой. Под действием воды происходит образование клинкерных связей внутри цемента, они при дальнейшем застывании формируют твердый и прочный фундамент. При понижении температуры вода кристаллизуется с образованием льда. Реакция с цементом сильно замедляется, либо прекращается вовсе. Материал не набирает дальнейшей прочности, становится рыхлым. Жидкость при замерзании расширяется, создается избыточное давление внутри формирующихся структур. Происходит внутреннее разрушение застывающего материала и снижение его свойств.

Наиболее нежелательны эти процессы в начале заливки бетона. Если замораживание произошло во время схватывания смеси, то материал не сможет набрать полной прочности даже при возобновлении гидратации, вызванной повышением температуры. Задумываясь над тем, можно ли заливать бетон холодной зимой, необходимо предусмотреть возможности обогрева бетона.

Как влияет температура окружающей среды на состояние бетона

При создании монолитных сооружений набор прочности сильно зависит от климатических условий. Ключевые факторы, влияющие на затвердевание бетона – влажность и температура. Сильное понижение первой приводит к усиленному испарению влаги и обезвоживанию материала. Вследствие этого возникают усадочные трещины, замедляется набор прочности.

При анализе ситуации, когда можно ли заливать бетон, необходимо учитывать влияние температурного режима на процессы, происходящие в бетоне. Основной химической реакцией во время заливки является гидратация цемента водой. Активность воды сильно зависит от степени ее нагретости. В жаркую погоду твердение смеси происходит при быстрой потере влаги и неравномерном прогреве слоев. Это плохо отражается на состоянии поверхности – она трескается. При умеренных климатических условиях проведение бетонных работ дает наилучшие результаты. Скорость протекания гидратации обеспечивает оптимальный режим затвердевания.

При работе в холодное время нужно учитывать последствия кристаллизации воды в растворе. Это может быть сильное замедление скорости работы вплоть до невозможности получения нужной прочности. Методы прогрева бетона в зимний период направлены на преодоление этих трудностей.

Какой оптимальный температурный режим затвердевания бетона

Приобретение материалов нужных кондиций, его функциональные свойства сильно зависят от состояния окружающей среды. При температуре от 15°С до 25°С масса набирает 70% прочности за 7 дней. Для достижения состояния камня нужно около 30 дней. В холодное время года происходит снижение скорости затвердевания. При средней температуре +5°С необходимая прочность наступит примерно через 60 дней. С понижением температуры от 0°С до -5°С твердение если и происходит, то только за счет минимального количества воды содержащегося в порах.

Дальнейшее падение температуры приводит к полной остановке всех процессов. Как будет вести себя бетон во время последующей оттепели зависит от того, на какой стадии произошло замораживание. Если смесь замерзла после набора критической прочности, то при оттаивании никаких значительных нарушений не будет. Материал постепенно наберет полную прочность без особых потерь. Замерзание на начальной стадии после заливки приводит к необратимым разрушениям структуры и к низкому качеству бетона. Методы выдерживания бетона в зимних условиях  позволяют эффективно бороться с этой проблемой подручными средствами.

Важно! Оптимальная температура для проведения бетонных работ колеблется от +15° С до +25° С. При более низких температурах о том, можно ли заливать цементную смесь, без дополнительных мер, бессмысленно.

Что делать если на улице мороз, а нужно заливать фундамент?

Зима – не самое подходящее время для строительных работ. Особенно это касается заливки бетона. Основным участником химических процессов, протекающих во время застывания смеси, является вода. Гидратация цемента замедляется с понижением температуры, и срок затвердевания сильно увеличивается. При изменении температуры от 20°С до 50°С время набора прочности увеличивается в 3-4 раза.

В случае замораживания раствора возникает избыточное давление, создаваемое замерзшей водой. Вокруг наполнителей образуются ледяные пленки, ухудшающие связи внутри смеси. Хуже всего, если это происходит на ранней стадии схватывания. В таком случае даже при дальнейшем повышении температуры бетон не сможет набрать марочной прочности.

Допускается проведение заливки в холодное время года, если это определено графиком мероприятий. Проведения таких работ определяются СНиП, разрешающим заливку бетона в зимнее время. Этот документ определяет начало зимних условий при температуре +5°С и диктует, сколько греть материал.

Для защиты раствора от замерзания существуют проверенные методы выдерживания бетона в зимних условиях. К ним относятся различные виды прогрева, укрытие смеси, а также добавление противоморозных добавок. Основная задача при зимнем бетонировании – это предохранение от замерзания до набора критической прочности, величина которой соответствует 50% от марочной. От этого зависит, сколько конкретно греть бетон зимой после заливки. Большим плюсом является использование материала, замешанного на нагретой воде. Дно заливаемого котлована и опалубка должны быть очищены от снега и льда.

Применение противоморозных добавок

Введение химических добавок при заливке бетона в зимнее время позволяет заливать смесь без прогрева. Это метод выгоден экономически и не требует устройства дополнительных теплосберегающих конструкций при относительно низкой температуре. Использование добавок может служить дополнением к обогреву твердеющего материала. В обоих случаях наблюдается заметное снижение затрат, если применять их совместно с методом «Термоса».

Важно! Теоретически внедрение в состав смеси добавок позволит работать даже при -25°С, однако на практике это трудновыполнимо.

Для заливки бетона зимой используют два вида добавок: для ускорения застывания и для понижения точки замерзания. Рекомендуемая концентрация – от 2% до 10%, точная цифра подбирается в зависимости от температуры воздуха и массы сухого цемента. Добавление химических средств – один из методов зимнего бетонирования, уместен поздней осенью и при первых заморозках.

Среди распространенных добавок к бетону особенно выделяют:

• Нитрит натрия NaNO2 (соль азотистой кислоты). Улучшает прочность застывания при температуре не ниже 18,5 °С. Плюс – антикоррозийный эффект, минус – на поверхности бетона остаются разводы.
• Хлорид кальция CaCl2. Если некритично появление высолов на поверхности застывшего материала, это средство ускорит схватывание бетона. Работать с ним можно до -20 °С, марка цементного порошка должна увеличиваться с концентрацией введения хлорида.
• Углекислый калий (поташ), K2CO3 он же карбонат калия. Лучший по удобству и свойствам модификатор для бетона. Он не оставляет разводов и коррозии на арматуре. Единственный недостаток – этот катализатор действует слишком интенсивно на скорость затвердевания. Управиться с работой нужно за 45-50 минут.

Добавлять «химию» в чистый бетон нельзя! Сначала ее размешивают в воде, после соединяя со смесью цемента. Для равномерного застывания время перемешивания увеличить в 1,5 раза. Обычная соль способна улучшить застывание бетонной смеси, но весьма незначительно.

Укрытие и тепловые пушки

Существует несколько способов прогрева бетона в зимнее время, греющая опалубка – один из простых и легко устраиваемых. Она состоит из двух фанерных листов и инфракрасной пленки, впрессованной между ними. Последняя может прогреть бетон на 60 см в глубину из-за особенностей распространения лучистой энергии. Преимущество способа – равномерность нагрева, застывшая поверхность не будет иметь трещин.

После прогревания опалубки ее нужно отключить и залить в нее раствор. Температура колеблется в интервале от 60 до 80 градусов Цельсия, удерживаясь до достижения 80% прочности. Для уменьшения потери тепла свободную часть опалубки следует накрыть теплоизоляционным слоем.

Если доступ к бесперебойному электричеству отсутствует, можно использовать дизельные тепловые пушки. Над площадью прогрева возвести укрытие, куда будет подан горячий воздух. Этот метод является дорогостоящим, альтернатива – двустенная опалубка, применяется чаще.

Прогрев бетона зимой способом «термоса»

Простой и легко реализуемый метод термоса при зимнем бетонировании не требует особых затрат. Разогретый выше СНИП (25-45 градусов) материал быстро заливают в опалубку и накрывают термо- и паро- изоляцией. В результате гидратации смесь не остывает и набирает требуемую прочность. Цемент и сам выделяет тепло порядка 80 ккал.

Перед началом работ нужно провести теплотехнический расчет – сколько греть бетон: количество тепла в бетоне должно равняться теплопотерям при остывании до нуля. Период понижения температуры характеризуется положительной температурой и набором проектной прочности.

Отсутствие расходов на электроэнергию и дополнительные материалы делает эту технологию бетонирования в зимних условиях экономичной. Вкупе с ней используют химические добавки для понижения точки замерзания.

Важно! Метод «Термоса» нашел применение в проектах с большими объемами и площадями.

Как прогреть бетон проводом

Методы зимнего бетонирования не ограничиваются простым применением теплоизоляции. Часто используется электропрогрев, аналогичный «теплым» полам. На арматуре крепится греющий провод, после чего в опалубку заливают смесь (ее температура не ниже 50С). Концы кабеля присоединить к источнику тока, не забыть про понижающий трансформатор. После включения нагрев происходит со скоростью 10 градусов в 10 минут до достижения 50-60°С. Затем смесь плавно охлаждается в 2 раза медленнее.

Бетон зимой прогревается специальными проводами – ПНСВ или ПТПЖ, они оба сделаны из стали, но последней имеет две жилы (при повреждении одной нагрев продолжается). Диаметр провода обычно составляет 1,2 мм, количество на 1 м³– 50 м. После заливки провод остается внутри, прокладывать его можно при -15°С, проводить нагрев – 25°С.

Преимущества этого способа заключаются в низком потреблении электроэнергии и возможности нагрева больших объемов. Чтобы смесь застыла равномерно, нельзя изменять интервалы времени между скачками температур.

Метод электродов, когда арматура обвязывается проволокой, присоединяемой к понижающему трансформатору через провода, менее эффективен. Проводником в этом случае выступает вода, при ее высыхании резко увеличивается расход электричества.

Заключение

Даже любитель в строительстве должен знать – заливка бетона зимой без прогрева невозможна (см. более подробно о прогреве бетона зимой тут). Чтобы цементная смесь схватилась и приобрела хорошую прочность, применяют способы нагрева и химические модификаторы. Выбор конкретного варианта определяется площадью и объемом работ и температурой воздуха. Значение имеют и менее явные факторы – доступ к электроэнергии, вид имеющейся опалубки и марка бетона.

Твердение бетона в зависимости от температуры

Время застывания бетона в зависимости от температуры окружающего воздуха.

Процесс твердения бетонного раствора относится к значимым этапам производства строительных работ. От его продолжительности, в конечном итоге, зависит прочность монолитной конструкции. После заливки смеси в опалубку, по графикам или таблицам устанавливается приблизительное время застывания бетона, в зависимости от температуры и влажности окружающего воздуха. Также учитывается проектная марка искусственного камня.

Время твердения бетона в зависимости от температуры.

Что влияет на сроки твердения бетонной массы.

Температурно-влажностный режим играет огромную роль в процессе схватывания и отверждения бетона. В жаркие дни поверхность монолита смачивают водой, чтобы цементному порошку хватило жидкой составляющей для полноценного завершения химических реакций. В таких условиях схватывание камня происходит гораздо быстрее, чем при низких температурах. Следует принимать во внимание тот факт, что минусовые значения и недостача воды способны даже остановить застывание растворной массы.

Лабораторные исследования показали, что оптимальной температурой окружающего воздуха для начала и продолжения процесса твердения бетона является 20-30 градусов. При этом влажность на его поверхности должна составлять не менее 90 процентов, что достигается путем полива и накрытия глыбы полиэтиленовой пленкой или рубероидом. Описанные условия позволят камню набрать 70-типроцентную прочность в течение первых пяти-семи дней после заливки опалубки. Марочные же показатели достигаются через две-четыре недели.

Скорость твердения бетона в зависимости от температуры.

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

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

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

Твердение бетона.

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

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

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

Сроки твердения бетона в зависимости от внешних факторов.

Как упоминалось выше, продолжительность застывания бетонной массы увеличивается по мере снижения температуры окружающего воздуха. В идеале, бетон марки М300 набирает стопроцентную прочность на сжатие при +20 градусах через 28 суток, тогда как при среднесуточных показателях температуры в пределах +5 градусов прочность за четыре недели сможет достичь лишь 77 процентов. Рассматривая графики твердения бетонного камня, представляющие собой выгнутые линии, можно с уверенностью сказать, что в последнем случае срок набора проектной прочности увеличится вдвое по сравнению с предыдущим вариантом.

График твердения бетона в зависимости от температуры.

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

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

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

Зависимость прочности бетона от температуры затвердевания.

Как правило, нормальной температурой твердения бетона принято считать 15 – 20°. Чем ниже температура, тем медленнее нарастает прочность. Если отметка падает ниже ноля, бетон будет твердеть только в том случае, если в воду добавлены соли, которые снижают точку замерзания.

В случае, когда бетон начал твердеть, а затем замерз, после оттаивания процесс продолжится. Если замерзшая вода изначально не повредила структуру бетона, то прочность материала значительно возрастет.

Твердение при высоких температурах.

В условиях повышенной температуры бетон затвердевает быстрее, особенно если процесс происходит в условиях повышенной влажности. При высоких температурах сложно защитить бетон от высыхания, потому нельзя нагревать его сильнее 85°. Пример исключения – обработка в автоклавах паром под высоким давлением на заводах.

Прочность бетона, который твердеет при разных температурах (скорость не имеет значения), приблизительно определяется по проектным показателям бетона R28 умножением на коэффициенты таблицы С. А. Миронова (см. таблицу). R28 затвердевает при нормальной температуре за 28 дней.

Производство работ и основные требования к бетону в зимний период.

Важно, чтобы бетон, уложенный в зимнее время, затвердел и набрал прочность этой же зимой. Прочности должно хватить на распалубку, частичную или даже полную загрузку строения.

В любом случае, бетон не должен замерзнуть пока не наберет хотя бы половину своей проектной прочности. Даже если используются быстротвердеющие материалы, время затвердевания в теплых условиях не должно быть менее 2 – 3 суток, если используется обычный бетон – от 5 до 7 суток.

Негативное влияние низких температур.

Как показывает практика, замерзание бетона на раннем этапе сильно снижает его надежность в дальнейшем. Замерзающая вода в свежем растворе нарушает связь между цементным камнем и заполнителем, а также сцепление с арматурой в железобетонных конструкциях.

Чем позднее бетон замерз, тем выше его прочность. Чтобы бетон набрал нужные характеристики, зимой нужно обеспечить его затвердевание в теплых и влажных условиях на весь необходимый срок.

Обеспечение правильного твердения бетона зимой.

Стимулировать процесс можно двумя путями:

• используя внутреннее тепло бетона;
• передавая дополнительное тепло извне.

В первом случае нужно использовать только быстротвердеющие высокопрочные марки цемента, например, глиноземистый или портландцемент. Рекомендуется также применить ускоритель твердения, такой как хлористый кальций, уменьшить объем воды в растворе, уплотнить его высококачественными вибраторами. Это позволит бетону набрать нужную прочность не за 28 дней, а всего за 3 – 5 суток.

Температура твердения бетона.

Какое время необходимо застывания бетона, есть ли зависимость от температуры.

Прочность бетона – это главная его характеристика, благодаря которой удается определить качество монолитно сооружения. Причина в том, что прочность напрямую связан со структурой бетонного камня. Процесс твердение бетона очень сложный. В ходе таких мероприятий происходит взаимодействие цемента и воды.

Здесь указано сколько времени застывает бетон.

Результатом гидратации цемента становится образование новых соединений, а также формирование бетонного камня. В результате твердения бетон становится прочнее, но набирается прочность не сразу, а постепенно. Для этого может понадобиться не один месяц.

Перед тем как перейти к строительным работам, необходимо учитывать конкретные условия, которые определенным образом влияют на длительность твердения бетона.

Твердение бетона в зависимости от температуры.

Время года.

Большой процент влияния на застывание бетонного раствор оказывают окружающие факторы. С учетом температурного режима и атмосферной важности время застывания и полноценной сушки может составить несколько дней, но это при условии, что все мероприятии проходили в летнее время. Но в этом случае имеется свой недостатком, который заключается в невысокой прочность полученной конструкции. Если работы проводились в зимнее время, то конструкция будет удерживать большое количество влаги в течение месяца.

На видео рассказывается о времени застывания бетона в зависимости от температуры:

Длительность затвердевания бетона во многом определяется плотностью укладки строительного состава. Конечно, чем выше ее показатель, тем медленно осуществляется выход воду из структуры, а показатели гидратации цемента будут лучше. В промышленном строительстве такой проблеме уже было найдено решение. В этом случае задействуют виброобработку, в домашних условиях имеется альтернативный вариант – стыкование.Процесс утрамбовки

Необходимо отметить, что стяжку с высокими показателями плотности очень тяжело резать и сверлить. Здесь не обойтись без такого оборудования, как буры с алмазными напылением. Если применять сверла с обычным наконечником, то они сразу же выходят из строя.

Таблица твердения бетона в зависимости от температуры.

На фото показан состав бетона

Компоненты, которые находятся в составе цементной смеси, также оказывают немаловажную роль на время схватывание бетона. Если в составе находится большое количество пористых материалов, то процесс обезвоживания конструкции будет происходить намного медленнее. Если в составе преобладают такие компоненты, как песок и гравий, то вся вода начнет быстрее выходить из раствора.

Для того чтобы сделать процесс испарения влаги из бетона медленнее, а также улучшить его прочностные показатели, стоит задействовать специальные добавки. Как правило, это бетонит, мыльный состав. Конечно, это потребует небольших денежных затрат, но зато вы сможете защитить свою конструкцию от преждевременного пересыхания.

Каков состав бетона для отмостки лучшего всего применять указано в статье.

Обеспечение условий затвердения.

Когда нужно добиться длительного нахождения влаги в цементной смеси, то стоит выполнить монтаж гидроизоляционного материала на опалубку. При условии, что формовочный каркас выполнен из пластика, укладывать дополнительный слой гидроизоляции нет смысла. Демонтаж опалубки стоит производить только по прошествии 8-10 дней. За этот период бетон уже успел схватиться и дальше может сохнуть без опалубки.

Гидроизоляция для твердения бетона фундамента.

Для задержания воды в бетоне можно вводить в строительную смесь различные модифицирующие добавки. Если необходимо добиться быстрого застывания и уже ходить по залитой конструкции, стоит добавлять к раствору особые ингредиенты, позволяющие добиться быстрой сцепки.

Состав для твердения бетона фундамента.

Низкий уровень испарения.

Когда бетонный раствор схватился, его сразу накрывают полиэтиленовой пленкой. Благодаря таким мероприятиям удается задержать влагу в бетону в первые дни после установки конструкции. Раз в 3 дня пленку нужно удалять и обрабатывать поверхность водой.

Когда момента заливки пройдет 20 дней, то пленку можно убрать насовсем и подождать, пока стяжка полностью высохнет при обычных условиях. Как правило, это занимает 28-30 дней. Уже по прошествии этого срока по основанию можно ходить и даже устанавливать различные строительные конструкции.

Время застывания при разной температуре.

Необходимо обозначить, что время схватывания бетона в опалубке может достигать до 7 дней. Только после этого опалубка может быть демонтирована. В таком случае удается сохранить целостность бетонной конструкции. Но в большинстве случаев этот показатель зависит от марки бетона, а также температурных условий.

В данной статье указано сколько идет цемента на 1 куб бетона.

Таблица 1 – Время твердения бетона в зависимости от температуры.

Время затвердения бетона.

Минимальная температура.

Осуществлять заливку бетона в холодное время года можно только при условии, что обеспечена необходимая гидро- и теплоизоляция конструкции после монтажных работ. По той причине, что низкие температуры замедляют процесс гидратации, а, следовательно, и набор прочностных характеристик, то очень важно строго выждать необходимое время. Как правило, при температурном режиме -5 градусов, для набора прочности понадобиться увеличить время в 5-7 раз, в отличие от рекомендуемой температуре в 20 градусов.

В статье описан подбор состава тяжелого бетона.

На видео рассказывается о минимальной температуре застывания бетона:

Поэтому выполнять заливку фундамента в зимнее время необходимо только при условии, что вы знаете, как правильно заливать бетон в мороз. Главное условие – это соблюдение всех правил, тогда качество заливки будет не хуже, чем в благоприятные дни.

Опытные строители не экономят на строительстве и используют бетононасос. Кроме этого, важно выполнять правильный уход за бетоном. При заливке во время морозов в состав смеси стоит добавлять морозоустойчивые присадки и утеплить опалубку. После этого стоит осуществлять прогревания бетонированной площадки. Если все эти условия будут соблюдены, то будет совершенно неважно, при каком температурном режиме будет происходить заливка бетона.

Узнать сколько весит куб бетона м400 можно в данной статье.

Процесс заливки фундамент – это очень сложный процесс. Для обеспечения необходимой прочности стоит правильно выждать время затвердения. Если влажность из конструкции испариться раньше указанного срока, то прочностные показатели будут незначительные, что приведет к ухудшению качеств будущей постройки.

Рекомендация: Это действительно хорошая статья. Из статьи можно понять общий принцип твердения бетона в зависимости температуры окружающего воздуха. Полученной информации для обычного застройщика вполне достаточно. Вам не нужно углубляться в научные дебри, чтобы понять общий принцип твердения бетона. Вам обязательно нужно прочитать эту статью, иначе ваш бетон застынет в неподходящий момент и вы потеряете свои деньги.

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 бетона в жаркую или холодную погоду

Люди, которые заливают бетон для жизни, могут работать почти круглый год в большинстве районов страны. Это потому, что либо методом проб и ошибок, либо проведением времени за чтением большого количества технических журналов они выяснили, как правильно укладывать бетон, даже если он изнемогает или замерзает. Почти всем остальным я бы порекомендовал вам ограничить вашу конкретную деятельность более умеренной погодой. Если так жарко, что все, о чем вы можете думать — это поплавать, я бы посоветовал вам купить холодный напиток, включить кондиционер и забыть о бетоне.Если вам так холодно, что вам нужны перчатки, подумайте о том, чтобы провести время у камина с хорошей книгой.

Если это не дает вам достаточно конкретных указаний, может быть, нам следует определить, что такое умеренные температуры? Это открыто для обсуждения и включает другие факторы, но в целом, если температура воздуха составляет от 50 ° F до 90 ° F, вы должны быть в безопасности. Вы можете безопасно укладывать бетон за эти пределы, но вам нужно сделать несколько вещей, чтобы ваша работа не превратилась в кошмар.

Температура воздуха сама по себе не является определяющим фактором того, следует ли заливать бетон. Температура воздуха, уровень влажности и скорость ветра, температуры поверхности, на которой вы кладете бетон, воду и сухой бетон в мешок, играют огромную роль и должны быть приняты во внимание. Воздух, ветер и влажность в значительной степени находятся вне вашего контроля, но некоторые другие могут влиять на вас. Важно помнить, что температура смешанного материала так же важна, как и температура воздуха.

Холодная погода
Если температура воздуха ниже 32 ° F, я бы посоветовал дождаться теплой погоды или вызвать профессионала. Если вы не хотите установить палатку с обогревателем или украсть электрическое одеяло вашего супруга с кровати, это только приведет к неприятностям. Если так холодно, что земля замерзла, не заливайте бетон ни при каких обстоятельствах. Самая большая проблема при заливке бетона, когда температура воздуха чуть выше точки замерзания, — это последующие ночные температуры.Бетон застывает намного медленнее в холодную погоду. Очень важно (я повторю это критическое), что бетон застывает до того, как он подвергнется воздействию низких температур. Проблема в том, что когда вода замерзает, она занимает больше места в ледяной фазе, чем в жидкой фазе. Когда вся вода, которую вы использовали для смешивания, замерзает, она расширяется, вызывая растрескивание бетона. Ключ в том, чтобы сделать все возможное, чтобы убедиться, что бетонные наборы достаточно быстрые, чтобы предотвратить это.

Первое, что делают профессионалы зимой — это используют горячую воду.Если вы используете горячую воду и храните сухой продукт в отапливаемом помещении вашего дома или гаража до тех пор, пока вы не будете готовы его использовать, это значительно ускорит схватывание бетона. Вы можете купить продукты, предназначенные для быстрого схватывания, такие как Sakrete Fast Setting Concrete. Он не будет работать так же быстро, как в литературе говорится, что температура воздуха будет близка к замерзанию, но будет намного быстрее, чем обычный бетон. Вы также можете купить добавки для ускорения набора. Единственная проблема здесь — это тип ускорителя. Если он содержит хлорид кальция и ваш бетон будет содержать арматуру или металлическую проволочную сетку, хлориды будут атаковать его и производить ржавчину.Это в конечном итоге взломает ваш бетон. Когда бетон застывает, он выделяет тепло. Не похоже на жарку яйца, но есть слегка экзотермическая реакция (большое слово для реакции, которая выделяет тепло, используйте его, чтобы произвести впечатление на своих друзей). Вы можете использовать это в своих интересах, покрывая бетон (после того, как он застыл) одеялом. Для этого они продают одеяла, поэтому вашим детям не придется спать на холоде. Вы также можете поставить палатку или наклониться и установить обогреватель внутри.

Жаркая погода
Если температура воздуха выше 90 ° F, вы должны быть осторожны.Конечно, то, что вы делаете с бетоном, также имеет значение. Мы рассмотрим это позже. Кроме того, если дует сильный ветер и влажность низкая, проблема может быть даже в 90 °. Проблема с жаркой погодой на самом деле не в жаре. Ни у цемента, ни у заполнителей нет проблем с температурой. Это не похоже на шоколадку на переднем сиденье автомобиля в июле. Проблема в том, что верхний слой бетона высохнет намного быстрее, чем нижний. Когда бетон высыхает, он сжимается.Это означает, что верх будет сжиматься, а дно неподвижно. В этот момент вы получите свою собственную гражданскую войну между севером и югом, разгорающуюся внутри плиты. Будут жертвы.

Чтобы избежать этой агрессии, вы должны держать верхнюю и нижнюю части с одинаковой скоростью. Есть несколько вещей, которые вы можете сделать до и во время смешивания, и несколько вещей, которые вы можете сделать после размещения. Перед смешиванием храните материал в прохладном месте или, по крайней мере, не кладите его на жаркое солнце. Тогда используйте самую холодную воду, которую вы найдете.Готовые бетонные компании фактически используют лед для замены всей или большей части воды, чтобы замедлить схватывание. После того, как вы уложили бетон и взяли комплект, вам нужно держать плиту влажной. Это можно сделать несколькими способами. Вы можете периодически опрыскивать плиту шлангом, включать разбрызгиватель с мелким туманом, покрывать плиту влажной мешковиной или химикатами, предназначенными для предотвращения быстрого испарения воды. При очень высокой температуре, очень низкой влажности или сильном ветре вы можете делать это в течение нескольких дней.Почти все в этой дискуссии о жаркой погоде направлено на кого-то, кто наливает плиту. Если вы смешиваете бетон и помещаете его в отверстие для поддержки ограждения палубы, жаркая погода обычно не является проблемой. Если бетон застывает слишком быстро, чтобы поместить его в отверстие, то использование холодной воды или льда поможет.

---

Вернуться в блог ,

Время схватывания и упрочнения бетона

Зная, сколько бетона высыхает, вы можете правильно планировать строительные работы и оптимизировать время для их завершения без снижения прочности конструкций.

Содержание

• 1 Принцип затвердевания раствора бетона
• 2 Общие принципы расчета времени затвердевания
• 3 Использование опалубки
• 4 Факторы, влияющие на интенсивность и время прочности бетона.
• 5 Сохранение уровня влажности как способ обеспечения оптимальной долговечности

Принцип упрочнения бетонного раствора

При определении того, насколько высыхает основание дома, важно понимать, что помимо обычной сушки (испарения) влаги), пол или другая конструкция из бетона в это время затвердевает из-за химических процессов, происходящих в смеси.

Под воздействием воды компоненты смеси вступают в более тесный контакт, создавая идеальные условия для гидратации или минерализации смеси.В это время связующий компонент превращается в гидраты кальция и объединяет все элементы композиции, включая крупную фракцию (щебень, гравий и т. Д.), В один монолит.

Состав бетонных смесей.

Соотношение компонентов бетонной смеси.

В отличие от обычной сушки, бетон не может затвердеть быстрее, чем требует технология — ускоренная потеря влаги приведет к тому, что не все гранулы бетонной смеси вступят в контакт с водой и вступят в реакцию внутри фундамента, блока, пола дома или других объектов. Сооружения останутся районами малой прочности, объемными и способствующими быстрому разрушению здания в целом.

Процесс цементирования.

Общие принципы расчета времени замерзания

Точные расчеты сроков набора расчетной и максимальной прочности бетона используются при строительстве критических объектов, рассчитанных на выдерживание значительных нагрузок, в условиях временных ограничений.

График твердения бетона на портландцементе при различных температурах.

В большинстве случаев в частном, коммерческом и промышленном строительстве считается, что пол или фундамент дома должны достичь максимальной прочности через 28 дней.Это утверждение требует корректировки — в течение указанного времени (4 недели) раствор приобретет прочность, достаточную для того, чтобы выдерживать номинальные нагрузки. Максимальное значение в некоторых случаях достигается через несколько месяцев.

При изготовлении небольших бетонных конструкций дома, которые не испытывают значительных нагрузок, разрешается приступить к дальнейшим строительным работам через 5 дней после заливки строительного раствора, когда он затвердевает и его можно ходить без опасности, бетон на этом этапе выдерживает контакт с легкими предметами.

Время, сутки	Степень прочности в% от расчетного значения
1-3	30 или менее
7-14	60-80
28 60-80	100

Расчетная прочность цемента различных марок

900 900

Цемент	Прочность, кгс / см²
M100	98.23
M150	130.97-163.71
M200	196.45
M250	261.93
M300	327.42-360.18
M400	M4002	M4009	M4009 9006	М	458.39
M500	523.87

При строительстве железобетонных конструкций (мостов, переходов и т. Д.)), в дополнение к расчетному времени установления прочности, используется такая концепция, как контрольный период замораживания. Обычно это 90 дней, и после этого периода бетон должен быть на 20% прочнее, чем через месяц после заливки.

Использование опалубки

Часто при заливке строительного раствора под пол (цементная стяжка) или фундамент дома используется опалубка, выступающая в качестве внешнего каркаса и предотвращающая самопроизвольные изменения геометрических параметров здания, пока раствор не затвердеет.

В дополнение к связующему действию опалубка предотвращает интенсивную потерю влаги раствором.

• При использовании деревянной рамы она покрывается гидроизоляционным материалом или специальным раствором. Это не только уменьшает потери воды, но и способствует легкости разборки. Контакт с обработанной цементной опалубкой не приводит к их прочному соединению.
• При использовании пластиковой опалубки дополнительная гидроизоляция не требуется.

Нет необходимости сохранять опалубку до истечения испытания на прочность бетона.Разборка обычно возможна после того, как раствор достаточно стабилен, чтобы сохранить его форму.

• Если летом жарко, внешнюю раму можно снять в течение 2-3 дней.
• Чаще всего рекомендуется оставить фундамент в опалубке примерно на неделю, если нет дополнительных факторов, снижающих скорость затвердевания.
• При низких температурах рама должна быть разобрана не ранее, чем через 2 недели.

Факторы, влияющие на интенсивность и время прочности бетона.

Как долго основание дома высыхает, зависит от ряда факторов:

• марок бетона
• , температура воздуха
• , наличие добавок.

Итак, с понижением температуры время отверждения смеси увеличивается, и уже при + 10 ° С вероятность отверждения до расчетного значения значительно снижается, следовательно, при заливке в прохладное время и во время зимнего строительства Рекомендуется использовать противообледенительные присадки.

Возникает вопрос, можно ли ускорить процесс сушки бетонных конструкций? Такое сокращение сроков возможно и практикуется в производственных условиях при изготовлении изделий из бетона. Для увеличения производительности и увеличения текучести форм время отверждения сокращается до нескольких дней или часов. Для этого продукт подвергается обработке паром. Высокая температура и интенсивный контакт с нагретой влагой помогают ускорить увлажнение и набрать силу.Повышение температуры в домашних условиях (например, если вы высушите бетонный пол дома) приведет к противоположному результату — преждевременное испарение воды не позволит цементной смеси полностью увлажниться, что приведет к снижению ее прочности.

Использование модификаторов позволяет ускорить увлажнение и долговечность. Этот метод увеличивает стоимость строительства, но сокращает его время.

Сохранение уровня влажности как способ обеспечения оптимальной долговечности

Помимо использования гидроизоляционной опалубки, для поддержания необходимого уровня влажности используются другие методы:

• в сухую жаркую погоду, бетон в опалубке, стяжка ( пол) покрыт пленкой, чтобы избежать интенсивного испарения, чтобы избежать контакта с пересушенным воздухом,
• в случае недостаточной влажности, во время засухи бетон дополнительно увлажняется (опрыскивается водой) на поверхности.

Оптимальные условия замерзания:

• влажность — около 75%, температура
• — от + 15 ° C до + 20 ° C.

Другие факторы влияют на то, как бетонный пол будет удерживать влагу на этапе замораживания.

• Трамбовка или уплотнение смеси после заливки увеличивает массовую плотность и уменьшает потерю влаги. В бытовом строительстве аппаратные вибрационные трамбовки часто заменяются сращиванием вручную.
• Пористые наполнители поглощают и удерживают влагу, поэтому ее испарение из смеси, которая включает шлаки или керамзит, значительно ниже.Контакт наполненных влагой наполнителей с раствором приводит к постепенному выделению воды.
• В повседневной жизни сушки бетона можно избежать, добавив в состав раствора бетонит или обычный мыльный раствор.

Уплотнение бетона.

Зная условия, при которых бетон должен набирать прочность, и рассчитанные значения характеристик определенной марки, вы можете определить, сколько времени потребуется для создания надежной конструкции.

«Назад Когда бетон взаимодействует с водой, он затвердевает и становится цементным камнем. Однако, чтобы повлиять на этот процесс, необходимо понять, что происходит: как происходит закалка, от каких факторов это зависит. Изучение этапов гидратации позволяет ученым создавать добавки для бетона, которые ускоряют схватывание и улучшают его свойства. Преимущества от использования добавок Предприятия, производящие железобетонные изделия или готовый бетон, используют указанные добавки и получают ощутимые преимущества.Ведь добавки позволяют: , , снизить потребление электроэнергии и газа, так как сокращаются сроки пропарки бетонных изделий; снизить трудозатраты на вибрацию; увеличить скорость укладки опалубки; сохранить цемент; улучшить показатели товарного бетона и бетонных изделий. Стадия бетонирования Эта стадия занимает короткий промежуток времени — несколько часов.Сколько будет проходить настройка зависит от температуры окружающей среды. Стандартной является температура 20 градусов по Цельсию — так называемая расчетная температура. Это позволяет бетону / цементу схватиться через 2 часа после смешивания раствора. Сам процесс настройки занимает 1 час. То есть примерно через 3 часа после смешивания мы можем сказать, что бетон / цемент схватился. Но если температура составляет 0 градусов, этот этап занимает 15-20 часов. Да, и начало схватывания при нулевой температуре происходит через 6-10-й час после смешивания смеси.Но при высоких температурах картина меняется на противоположную — пропаривание бетонных изделий в специальных камерах позволяет ускорить схватывание до 10-20 минут. На этом этапе возможно предотвратить окончательное затвердевание бетона / цемента. Ведь раствор все еще остается мобильным, и если его постоянно перемешивать, процесс схватывания затягивается — действует механизм тиксотропии. Поэтому раствор доставляется в бетономешалку, осуществляя непрерывное вращение смеси.Таким образом, его основные свойства сохраняются, а будущая надежность и долговечность бетона / цемента не снижаются вовсе. Однако чрезмерное затягивание времени вращения отрицательно влияет на качественные характеристики бетона / цемента. К сожалению, бывают такие случаи — когда форс-мажорные обстоятельства не позволяют залить раствор в опалубку, а смесь необходимо перемешивать в бетоносмесителях в течение 10-12 часов. Такие ситуации особенно недопустимы в жаркую погоду, потому что высокая температура воздуха способствует быстрой схватке бетона / цемента.Непрерывное вращение не приводит к затвердеванию смеси, однако в ней происходят необратимые изменения, которые вообще не улучшают производительность. Стадия отверждения бетона Как только стадия схватывания бетона / цемента завершена, начинается стадия твердения. Смесь лежит в опалубке, она схватилась и теперь затвердевает. Поскольку в регламенте указано 28 дней, многие считают, что это последний срок. На самом деле, процесс затвердевания и отверждения товарного бетона или бетонных изделий идет годами.28 дней — это регламентированный период, который позволяет использовать бетонные изделия с некоторой гарантией. В течение этих четырех недель прочность бетона / цемента увеличивается очень быстро, а затем увеличение твердости происходит медленными темпами. Так получается благодаря компонентам, входящим в состав смеси, обеспечивающей ее увлажнение. Бетонные компоненты При смешивании цементного раствора с бетоном его основные компоненты вступают в реакцию с водой. На этапах схватывания и отверждения их поведение значительно различается.Некоторые ингредиенты реагируют с жидкостью сразу после смешивания, другие через некоторое время, другие вообще не проявляют никакой активности. Вот компоненты бетонно-цементной смеси: трикальцийсиликат — C3S; дикальций силикат — C2S; алюминат трикальция — C3A; Алюмоферрит кальция — C4AF. Роль трикальциевого силиката Минерал C3S (формула 3CaO x SiO2) способствует повышению прочности бетона / цемента не только в течение 28 дней, но и значительно дольше.Хотя, конечно, самый значительный вклад в прочность C3S вносит в первый месяц существования бетонная или железобетонная конструкция. Силикат трикальция выделяет тепло при добавлении воды в смесь, затем нагревание на короткое время прекращается и возобновляется с началом стадии схватывания. Вся эта стадия идет с выделением тепла, а в процессе отверждения температура постепенно снижается. Именно трикальциевый силикат играет основную роль в создании прочности, несмотря на то, что в первые сутки после смешивания смесь C3A действует в ней более активно. Тройной алюминат кальция — самый быстрый компонент C3A (формула 3CaO x Al2O3) интенсивно работает с самого начала стадии схватывания. В первые дни жизни бетонно-цементной конструкции это способствует быстрому увеличению прочности — скорость реакции в течение периода схватывания огромна. Но в стадии закаливания и дальнейшего развития прочности он практически не участвует. Силикат дикальция — помощник на стадии отверждения C2S (формула 2CaO x SiO2) неактивен в течение первых четырех недель.Стадия схватывания и начальный период отверждения цемента происходят без его участия. К концу первого месяца активность его «родственника» — трикальциевого силиката — гасится. И силикат дикальция входит в активную фазу. Его благотворное влияние на прочность бетона / цемента длится годами, способствуя повышению этого качества. Кстати, период «спячки» C2S может быть значительно сокращен при использовании специальных добавок в бетон / цементную смесь. Инертность кальция Алюмоферрит C4AF (формула 4CaO x Al2O3 x Fe2O3) — это минерал, который практически не играет роли в прочности и твердении бетона / цемента. Только в последние периоды отверждения это влияет на увеличение прочности конструкции. Тем не менее, влияние незначительно. Все эти компоненты химически реагируют с перемешиванием. Эта реакция способствует увеличению, когезии и осаждению кристаллов минералов, так что гидратацией бетона / цемента является кристаллизация смеси. Повышение качества бетона Многочисленные лаборатории и институты детально изучают процесс гидратации в целом и его отдельные этапы. Благодаря этому производители могут влиять на многие показатели: , , — начало и конец настройки смеси; ее мобильность; морозостойкость; водонепроницаемость; коррозионная стойкость; прочность и т. Д. Основная роль в обеспечении такого воздействия принадлежит специальным добавкам в бетон / цемент.Современное оборудование, которое выполняет точное дозирование и тщательное смешивание, помогает добиться отличных результатов по однородности состава бетон / цемент.

,

Экспериментальное исследование и коррекция модели

В этом исследовании сверхлегкий пенобетон из пенополистирола (EFC) был изготовлен методом химического вспенивания, а его теплоизоляционные свойства были измерены переходным методом при различных температурах окружающей среды (от -10 до 40 °). С). Затем наблюдали влияние температуры и объемной доли EPS на теплопроводность и сухую плотность EFC. В конечном итоге уравнение Ченга – Вахона было модифицировано введением температурного параметра.Результаты показали, что теплопроводность EFC уменьшается с ростом температуры. Также было продемонстрировано, что подходящий объем частиц EPS может не только уменьшить теплопроводность EFC, но также уменьшить влияние температуры на теплопроводность. Теплопроводность EFC при различных температурах была точно предсказана в этом исследовании с использованием предложенной модели.

1. Введение

Пенобетон (ФК) — это тип легкого пористого материала на основе цемента с плотностью от 400 кг / м ³ до 1900 кг / м ³ , который широко используется в строительной отрасли, особенно для уменьшения собственной нагрузки на конструкции и для сохранения тепла, демпфирования, звукоизоляции и заполнения пор [1].По сравнению с органическими изоляционными материалами, ФК обладает более высокой прочностью, лучшей огнестойкостью и долговечностью [1–3]. Однако для удовлетворения более высоких требований к теплоизоляции плотность ФК должна быть дополнительно уменьшена до менее чем 400 кг / м ³ . В соответствующих исследованиях было обнаружено, что метод химического пенообразования больше подходит для сверхлегких ФК, чем для механического пенообразования [4–9].

Вспененный полистирол (EPS) был впервые представлен Куком в качестве легкого заполнителя для бетона в 1973 году [10].Благодаря превосходной изоляции и близким свойствам ячеистых частиц EPS оказывают существенное влияние на тепловые характеристики FC. Например, Sayadi et al. [11] добавили регенерированные частицы EPS в FC и обнаружили, что теплопроводность образца FC с объемной долей EPS 82% была снижена на 45%, а плотность — на 62,5%. Можно видеть, что EPS имеет широкие перспективы применения и большую потенциальную ценность в FC [12–14].

Теплопроводность является важным параметром, отражающим способность бетона передавать тепло.Многие исследования изучали теплопроводность композиционных материалов и выявили влияние различных факторов на теплопроводность [15]. Температура как внешнее условие оказывает существенное влияние на теплопроводность бетона [16–20]. Рахим и др. [21] проверили теплопроводность трех бетонных материалов на биологической основе при различных температурных условиях (от 10 до 40 ° C) в устойчивом состоянии с использованием метода защищенной горячей плиты. Они обнаружили, что теплопроводность бетонных материалов увеличивается с ростом температуры.Тандироглу [22] изучил теплопроводность легкого необработанного бетона с перлитовым заполнителем и установил функции зависимости теплопроводности, водоцементного отношения, количества перлита по массе и температуры. Предложенные эмпирические корреляции теплопроводности могут быть применимы в диапазоне температур от -70 до 30 ° C. Li et al. [23] обсудили общие модели теплопроводности, основанные на экспериментальных данных, и предложили модель прогнозирования теплопроводности ФК, но они не смогли учесть влияние внешних факторов окружающей среды на теплопроводность модели, таких как температура.Таким образом, теплопроводность различных типов бетона значительно различаются при изменении температуры. В настоящее время теоретические модели теплопроводности ФК игнорируют температурные эффекты.

В этом исследовании сверхлегкий пенобетон из пенополистирола (EFC) с различным содержанием EPS готовят методом химического пенообразования, и его теплопроводность измеряют при различных температурах окружающей среды (от -10 до 40 ° C). На основании результатов испытаний и существующих моделей теплопроводности, модель теплопроводности EFC получена путем температурной коррекции.

2. Экспериментальные программы

2.1. Соотношение сырья и смеси

Гелеобразный материал, использованный в этом исследовании, был сделан из китайского обычного портландцемента 42,5 и летучей золы класса I. Соответствующие технические индикаторы для этих двух материалов показаны в таблицах 1 и 2. Добавление летучей золы может оптимизировать структуру пор FC и улучшить ее теплоизоляционные характеристики. Кроме того, EPS имеет размеры частиц от 2 до 4 мм с кажущейся плотностью 18,8 кг / м ³ и теплопроводностью 0.0313 Вт / (м · К). Пенообразователь, использованный в этом тесте, представлял собой раствор перекиси водорода с концентрацией 30%. Стабилизатором был стеарат кальция. Агентом ранней прочности был нитрит натрия, а загустителем — эмульсия акрилатного сополимера. Используемая вода была водопроводной водой. Соотношение водного связующего, содержание пенообразователя и дозировка летучей золы были скорректированы для определения эталонного соотношения смеси, которое показано в таблице 3. В общей сложности 12 контрольных блоков химического вспенивания пенобетона EPS были приготовлены путем изменения объемной доли EPS (0% ∼60%).

Тип цемента Удельная поверхность (м 2 / кг) Время схватывания (мин) Прочность на изгиб (МПа) Прочность на сжатие (МПа) Начальный набор Окончательный набор 3d 28d 3d 28d PO 42.5 345.00 150 210 5.0 8,0 16,5 46,2

Химический состав (%) Кажущаяся плотность (кг / м 3 ) Насыпная плотность (кг / м 3 ) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Cao MgO NaO 2 58 30 4.3 1,5 2,8 3,2 2100 1086

Образцы Цемент (г) Летучая зола ( г) б / б Объем пены (%) A 1 193 157 0,48 6,3

вес / вес: соотношение воды и связующего.

2.2. Прибор для испытаний

2.2.1. Тестер теплопроводности

Анализатор тепловых характеристик ISOMET 2114, произведенный в Словакии, был использован для теста теплопроводности (рис. 1). Прибор может быть использован для определения теплопроводности, объемного теплового потока и температуропроводности композитов на основе цемента [24]. Он основан на принципе теста переходных процессов, и диапазон измеряемых температур составляет 15∼ + 50 ° C с точностью 1 × 10 ^–4 Вт / (м · К).Прибор можно проверить с помощью зонда или плоской пластины. В этом испытании используется поверхностный зонд с диапазоном испытаний 0,04 ± 0,3 Вт / (м · К).

2.2.2. Испытательная коробка для высоких и низких температур

В этом испытании использовалась испытательная коробка для моделирования при высоких и низких температурах, разработанная Северо-Восточным сельскохозяйственным университетом. Его основные показатели эффективности приведены в таблице 4.

Эффективный объем 5 м × 4 м × 2,5 м Температурный диапазон −45∼ + 60 ° C Колебания температуры ± (0.05 ± 0,1) ° C Мощность обогрева 1500 Вт Холодопроизводительность 1500 Вт

2.3. Технология приготовления и экспериментальный метод химического вспенивания пенобетона EPS

2.3.1. Технология приготовления

Согласно характеристикам EPS и технологии формования пенобетона с химическим вспениванием образцы пенобетона с химическим вспениванием готовили в соответствии со следующим процессом: (a) Частицы EPS были мокрыми в течение одной минуты с одной третью Всего воды.(b) Смешивающийся цемент, летучая зола, другие твердые материалы, оставшаяся вода и загуститель смешивались и перемешивались до равномерного смешивания смеси. Затем смоченные частицы EPS помещали в смесь и перемешивали в течение одной минуты. Температуру суспензии поддерживали на уровне 25 o C. (c) Добавляли раствор нитрита натрия. Смесь перемешивали с низкой скоростью в течение 30 секунд и затем перемешивали с высокой скоростью в течение 10 секунд. (D) Перекись водорода выливали в смесь и ее перемешивали в течение 10 секунд.(e) Смесь быстро выливали в форму и оставляли стоять в течение 24 часов при 20 ° C. Затем образцы извлекали из формы, когда они имели определенную прочность, и затем проводили стандартное отверждение. Образец бетона показан на рисунках 2 (а) и 2 (б).

Предотвращение образования трещин в высокопрочных бетонах при высоких температурах

Abstract

В последние годы использование высокопрочных бетонов (HPC) значительно возросло в таких применениях, как предварительно напряженные бетонные конструкции, мосты, кровельные конструкции с большими пролетами и контейнеры для опасные жидкости или ядерные отходы из-за его выдающихся структурных характеристик и более высокой прочности. Тем не менее, его огнестойкость остается проблемой, особенно в отношении взрывного откола при пожаре.Следовательно, важно понимать свойства отслаивания (механизм, влияющие факторы, меры по предотвращению и т. Д.) Высокопрочного бетона, подверженного воздействию высокой температуры, чтобы можно было обеспечить безопасность конструкции пожаробезопасного проекта с использованием высокопроизводительных вычислений. В этом отчете представлен современный обзор мер профилактики и взрывного откола высокоэффективного бетона в условиях пожара.

1. Введение

В последнее время высокоэффективный бетон (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 инфраструктура большого пролета.В настоящее время HPC хорошо зарекомендовал себя как очень плотная однородная микроструктура бетона, особенно в области границы раздела между гидратированной пастой и заполнителем [1]. Обычно это достигается за счет использования низкого отношения массы к массе (0,2-0,3) с помощью суперпластификаторов, которые могут давать осадки в диапазоне от 75 до 125 мм [1]. Дополнительное уплотнение и однородность межфазной области достигаются за счет включения минеральных примесей, таких как летучая зола, испарения кремнезема и т. Д. Однако эта полезная микроструктура, по иронии судьбы, вызывает критическую проблему воздействия огня, особенно в отношении взрывного откола, который определяется как сильное отслоение слоев или кусков бетона от поверхности структурного элемента при воздействии высокой и быстро растущей температуры в условиях пожара [2].Некоторые исследования показали, что HPC более уязвим для взрывного откола при высоких температурах по сравнению с бетоном нормальной прочности (NSC), что серьезно угрожает безопасности приложений HPC. Опыт пожара в Мадридской Виндзорской башне в Испании (2005 г.), вызванного взрывным откалыванием HPC, высветил серьезные социальные проблемы в сознании общественности, как показано на рисунке 1. Таким образом, решение проблемы откола в настоящее время является основным требованием в любой новой проектирование конструкций. Однако не хватает данных о конструкции и производительности HPC, особенно в условиях пожара.

Рисунок 1.

Повреждение бетона и арматуры после пожара в Мадридской Виндзорской башне (Испания, 2005 г.).

В этом отчете представлен современный обзор явления откола высокопроизводительных вычислительных систем в целом и взрывного откола в частности. Обсуждаются механизмы и факторы взрывного откола.

2. Раскалывание высокопрочного бетона

2.1. Определение и виды отслаивания

В качестве наиболее типичной формы отслаивание определяется как сильное или ненасильственное разрушение слоев или кусков бетона с поверхности конструкционного элемента при воздействии высокой и быстро растущей температуры в условиях пожара [3] ,Гэри [4] предположил, что откол может быть сгруппирован по четырем категориям: (а) откол от совокупности, (б) откол от угла, (в) откол от поверхности и (г) взрывной откол. Как показано на рисунке 2, совокупный откол, поверхностный отрыв и взрывной откал происходят в течение первых 7–30 минут при пожаре, сопровождающемся хлопающими звуками (совокупный откол) или сильными взрывами (поверхностный и взрывной откал) [5]. Разрушение может также произойти ненасильственно (раскалывание углов) позже при пожаре, когда бетон настолько ослабел после периода нагревания 30–90 минут, что появляются трещины и осколки падают с его поверхности [5].Наиболее важным из них является взрывной откол, который происходит с применением силы и приводит к серьезной потере материала.

Рисунок 2.

Время возникновения различных типов откола в пожаре [5].

2.2. Механизмы взрывного откола

Самые последние теории причин взрывного откола указывают на то, что три фактора играют решающую роль, а именно: (а) повышение порового давления, (б) тепловые напряжения и (в) комбинированные высокие поровое давление и тепловое напряжение в бетоне при воздействии быстро растущей температуры.Первая гипотеза предполагает, что при нагревании образуется водяной пар в бетоне, и, поскольку проницаемость ГПЦ является низкой, что ограничивает способность пара выходить, в результате происходит повышение давления пара. Вторая возможность — это тепловые напряжения вблизи нагреваемой поверхности из-за предварительной нагрузки или высокого температурного градиента, вызванного высокой скоростью нагрева. В-третьих, комбинация обоих явлений также возможна. Эти различные механизмы могут действовать индивидуально или в комбинации в зависимости от содержания влаги, размера сечения и материала.

2.2.1. Откалывание порового давления

Этот механизм предложен Shorter и Harmathy [6], Meyer-Ottens [7] и Aktarruzzaman et al. [8]. Гипотеза состоит в том, что отслаивание происходит из-за нарастания очень высоких поровых давлений в бетоне в результате парожидкостного перехода капиллярной поровой воды, а также того, что связано с компонентом цементного теста в бетоне (поэтому так называемый откол влаги) [6, 7]. Как показано на рисунке 3, нагревание поверхности бетона приводит к градиенту температуры, который заставляет влагу проникать внутрь бетона, а также из поверхности.Затем на глубине от нагретой поверхности бетона развиваются три зоны влажности: сухая зона около нагретой поверхности (а), промежуточная зона испарения (б) и влагонасыщенная зона (в), которая может содержать больше влаги, чем исходная. содержание влаги. В результате нарастает поровое давление, достигающее максимального уровня на расстоянии от поверхности в зависимости от проницаемости бетона и способствующего взрывному отслаиванию. Максимальное поровое давление больше в HPC (или HSC: высокопрочный бетон) и развивается ближе к поверхности, чем в NSC.Таким образом, скапливание порового давления приводит к тому, что ГПЦ имеет плотную микроструктуру и множество отсоединенных пор, что значительно препятствует свободному переносу водяного пара и выходит в матрицу при воздействии повышенной температуры. Взрывное растрескивание происходит, когда поровое давление в матрице накапливается до порога, превышающего их предел прочности на разрыв [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. Откалывание теплового напряжения

Этот механизм предложен Сайто [11] и Дугилом [12]. Тепловые напряжения будут возникать внутри бетона из-за температурных градиентов от нагретой поверхности к внутренним, более холодным участкам бетона, как показано на рисунках 4 и 5. Эти градиенты будут увеличиваться при высоких скоростях нагрева. Считается, что различные деформации из-за температурного градиента вызывают растягивающие и сжимающие напряжения, в зависимости от тепловых и механических свойств бетона.Затрудненное расширение, 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 температурного градиента также приводят к растягивающим напряжениям в более холодных участках бетона. Миграция влаги не учитывается при скалывании из-за тепловых напряжений [14], а скалывание HPC или NSC с высоким содержанием влаги не может быть объяснено скалыванием при тепловом напряжении.Взрывоопасные отколы только из-за тепловых напряжений встречаются сравнительно редко [14].

Рисунок 4.

Механизм откола теплового напряжения [11].

Рисунок 5.

Типичное распределение температуры в бетоне при 60-минутном нагревании при пожаре BS476 [13].

2.2.3. Комбинированное поровое давление и термический стресс, вызванный взрывным откалыванием

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 суммироваться по сравнению с прочностью материала бетона.Он считал, что действующие напряжения можно отнести к категории напряжений, вызванных нагрузкой, тепловых напряжений и поровых давлений. Основываясь на идеях Жукова, Хури [13] представил общий эскиз комбинированного теплового напряжения и взрывного откола, вызванного поровым давлением, как показано на рисунке 6. Как правило, высокопрочный бетон имеет тенденцию подвергаться многократному скалыванию (комбинированное поровое давление и откалывание тепловым напряжением) ) из более тонких секций, как это произошло при большом пожаре в Поясном туннеле в Дании (1994).

Рисунок 6.

Взрывное растрескивание, вызванное комбинированными термическими напряжениями и поровым давлением по Хури на основе Жукова [13].

Хотя теоретическое моделирование для различных форм откола было предпринято в прошлом, в последнее время в этой области были сделаны значительные разработки. Сложный комбинированный характер влияния содержания влаги, поровых давлений и термических напряжений в гетерогенном бетонном материале со сложной структурой пор, который заметно изменяется в зависимости от температуры при первом нагреве, не поддается легкому аналитическому моделированию [15].

2.3. Факторы, влияющие на отслаивание

Основываясь на механизмах отслаивания, основными факторами, приводящими к взрывному отслаиванию бетона при высоких температурах, являются скорость нагрева, проницаемость бетона, содержание влаги, наличие армирования и уровень внешней приложенной нагрузки, но больше факторов имеет были определены в обзоре литературы как влияющие на риск и степень откола [18, 19]. Факторы, влияющие на взрывное растрескивание бетона, можно разделить на три категории следующим образом:

1. Факторы, связанные с материалами.

2. Структурные или механические факторы.

3. Характеристики отопления.

Однако некоторые из этих факторов можно отнести к нескольким категориям.

2.3.1. Факторы, связанные с материалом

В результате исследования откола бетона при высоких температурах выявляются несколько параметров, связанных с материалом, которые оказывают большое влияние на откол. В таблице 1 приведен краткий обзор этих определяющих параметров в отношении конструкции бетонной смеси или выбора материалов, используемых для бетона.

Факторы	Риск откола	Влияния
Влажность	Очень высокая	Более высокое содержание влаги (в основном, свободной воды) значительно увеличивает риск взрывного откола из-за высокого содержания паров давление, но оно зависит от проницаемости бетона.
Дым кремнезема	Очень высокий	Дым кремнезема уменьшает проницаемость и увеличивает вероятность взрывного откола из-за уменьшенного сброса высокого давления паров.
Проницаемость бетона	Высокая	Низкая проницаемость и недостаточное повышение проницаемости, зависящее от температуры, увеличивает риск откола из-за недостаточного сброса порового давления.
Содержание цемента	Высокое	Высокое содержание цемента увеличивает общее количество воды, добавляемой в бетон, даже при низких соотношениях в / с.
Прочность на сжатие	Высокая	Более высокий класс прочности обычно увеличивает риск взрывного откола, главным образом из-за более низкого отношения w / c и проницаемости
Кварцитовые заполнители	Высокий	Может увеличить риск скалывания до изменения фазы кварцита при 573 ° С.
Известняковый наполнитель	Высокая	Снижает проницаемость, аналогичное поведение по сравнению с кремнеземным паром.
Размер агрегата	Умеренный	Большие агрегаты увеличивают риск взрывного откола из-за плохого отношения поверхности к массе.
Внутренние трещины	Переменная	Два противоположных эффекта. Небольшие трещины могут способствовать сбросу высокого давления и снизить риск откола. Однако параллельное растрескивание вблизи нагретой поверхности из-за нагрузок может увеличить риск откола.
Возраст бетона	Переменная	У молодого бетона большое количество свободной воды, что увеличивает риск образования трещин. Этот эффект уменьшается с HPC и UHPC из-за низкой проницаемости.
Легкие заполнители	Переменная	Более высокая пористость и проницаемость обеспечивают сброс высокого порового давления и снижают риск откола. Более высокое содержание влаги в легких агрегатах повышает риск откола.

Таблица 1.

Материальные факторы, влияющие на откол.

2.3.2. Характеристики нагрева

Среди факторов, связанных с характеристиками нагрева, скорость нагрева и температурные градиенты оказывают сильное влияние на взрывное растрескивание. В таблице 2 приведены основные факторы, зависящие от характеристик нагрева, которые влияют на откол в целом.

Факторы	Риск откола	Влияния
Скорость нагрева	Очень высокая	Более высокие скорости нагрева обычно приводят к взрывному скалыванию с помощью смесей HPC.
Градиент температуры	Высокий	Градиент температуры тесно связан со скоростью нагрева. Более высокие температурные градиенты повышают риск взрывного откола из-за тепловых напряжений.
Воздействие на нескольких поверхностей	Высокая	Тепловое воздействие на более чем одну сторону увеличивает риск углового или взрывного откола из-за более высоких температурных градиентов и тепловых напряжений
Абсолютная температура	Умеренный	Взрывоопасный откалывание может происходить при температуре менее 300 ~ 350 ° C.Очень высокие температуры T > 1000 ° C увеличивают риск откола после охлаждения.

Таблица 2.

Управляющие факторы в зависимости от характеристик нагрева, влияющие на отколы.

2.3.3. Структурные или механические факторы

Основные структурные или механические факторы, оказывающие значительное влияние на откол, представлены в таблице 3. Трудно провести различие между чистым материалом и чистыми структурными или механическими факторами, приводящими к отколу в некоторых случаях, поскольку некоторые факторы могут быть Отнести к обеим категориям.

Факторы	Риск откола	Влияния
Прикладная нагрузка (сжимающее напряжение и ограничение)	Высокая	Риск раскола возрастает с повышением уровня нагрузки. Высокие сжимающие напряжения, вызванные ограничением расширения, развиваются, когда скорость нагрева такова, что напряжения не могут быть быстро устранены путем ползучести.
Поперечное сечение геометрия (размер и форма сечения )	Высокая	Круглое поперечное сечение, закругленные углы, достаточное армирующее покрытие и расстояние, а также модифицированная конструкция стяжки снижает вероятность откола или увеличивает оставшуюся несущую способность бетона Члены после откола.
Тепловое расширение	Высокое	Фиксированные концы, поскольку граничные условия, эксцентрическая нагрузка или изгиб увеличивают риск.
Прочность на растяжение	Низкая	Считается, что высокая прочность на разрыв снижает риск взрывного откола, поскольку обеспечивает более высокое сопротивление.

Таблица 3.

Структурные или механические факторы, влияющие на отколы.

3. Конструкция против взрывного откола

3.1. Профилактические меры

В настоящее время взрывное дробление бетона является важным условием, которое необходимо учитывать при проектировании противопожарной безопасности конструкций РЦ. Различные профилактические меры против взрывного откола бетона при пожаре изучались и обсуждались многими исследователями в течение длительного периода времени. Однако имеющиеся стандарты защиты конструкций от взрывного откола недостаточны. В BS 8110: часть 2: 1985 [20] стандарт добавляет, что «при любом методе определения огнестойкости, когда потеря покрытия может угрожать элементу конструкции, следует принять меры, чтобы избежать его возникновения.«В качестве рекомендаций по огнестойкой конструкции в соответствии с европейским стандартом проектирования EN 1992-1-2 [21], возможное использование и эффективность стальных и полипропиленовых (ПП) волокон обсуждаются в дополнение к общим соображениям по использованию защитная облицовка и внесение изменений в конструкцию бетонных элементов. Было предложено несколько мер, основанных на факторах, влияющих на откол бетона, для устранения откола или уменьшения ущерба (Таблица 4). Эти меры могут применяться по отдельности или в комбинации.

Факторы, влияющие на откол	Основные меры	Специальные меры
Конкретные условия — Высокопрочный бетон — Легкий бетон — Тепловые свойства — Содержание влаги — Материалы	— Тепловой барьер — Контроль повышения температуры в поверхностном слое бетона — Снижение градиента температуры	— Использование огнестойких материалов — Нанесение покрытий на огнеупорные краски — Штукатурка огнеупорных растворов — Покрытие бетон по стальной трубе и др.
	— Сброс и снижение давления пара	— Добавление синтетического волокна (полипропиленовое волокно и т. Д.) — Принудительная сушка конструкционных элементов — Установка труб для удаления влаги
Огнестойкость и условия — Высокая скорость нагрева — Время воздействия огня	— Предотвращение повышения температуры	— Устранение горючих материалов в здании — Создание негорючих материалов — Расширение средств противопожарной защиты
Конструкционный элемент условия — Размер и форма профиля — Глубина бетона	— Конструкция пожарной безопасности

Таблица 4.

Профилактические меры реагирования на факторы, вызывающие отколы [22].

В качестве наиболее эффективных методов снижения риска взрывного откола рекомендуется добавление полипропиленовых волокон и использование термического барьера. Риск взрывного откола, который может произойти в течение первых 7–30 минут после пожара, также снижается за счет снижения содержания влаги в бетоне до менее чем 5% по объему, избегая тонких срезов и быстрых изменений формы, и путем ограничения сжимающего напряжения.

3.2. Снижение высокого давления паров

Рис. 7.

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

Рисунок 8.

Огнестойкость бетона с полипропиленовыми волокнами 0,9 кг / м3 [22]. (а) без полипропиленовых волокон; и (б) добавление полипропиленовых волокон (0,9 кг / м3).

Одним из последних достижений в области предотвращения взрывного откола стало использование синтетических волокон в бетонной смеси, особенно полипропиленовых волокон. Полипропиленовые волокна плавятся при температуре около 170 ° C, таким образом, это может уменьшить накопление высокого порового давления в бетоне из-за создания каналов для выхода пара легко, как показано на рисунке 7.Эта мера была впервые опубликована в Японии [23] и впоследствии изучена Дидерихсом [24] и Коннелли [17]. Коннелли [17] сообщил, что добавление 0,05% по массе волокон в бетон (вес / с = 0,4, 10 мм заполнителя) полностью устранило откол при пожаре (скорость нагрева 25 ° C / мин), в то время как 83% аналогичных образцов без волокна были разорваны взрывчаткой. Ясно показано, что добавление полипропиленовых волокон является эффективным средством предотвращения взрывного откола, как показано на рисунке 8. Евро-код 2 (Проектирование бетонных конструкций, Часть 1-2: Проектирование огнестойкости конструкций, 1993 г.) [25] также предполагает содержание ПП волокна не менее 2.0 кг / м ³ для эффективного предотвращения взрывного откола ГСК. Тем не менее, более поздние исследования показали, что этого содержания волокна в сверхвысокопрочном бетоне (UHSC) более 150 Н / мм ² , такого как реактивный порошковый бетон (RPC), было недостаточно для предотвращения взрывного откола при пожаре, хотя было обнаружено, что они полезны 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 испытаны с точки зрения характеристик плавления, обрабатываемости и общей производительности с целью снижения риска образования отколов.Таблица 5 дает краткий обзор различных волокон, доступных для предотвращения взрывного откола бетона.

Тип волокон	Эффективность
Полипропиленовое волокно	— Плавление (170 ° C) полипропиленовых волокон в бетоне повышает проницаемость бетона и снижает высокое поровое давление. — Волокна могут отрицательно влиять на обрабатываемость, особенно очень тонкие волокна. — Содержание клетчатки от 2 до 3 кг / м 3 , по-видимому, наиболее эффективно защищают от расслоения.
Нейлоновое волокно	— Довольно высокая температура плавления 200 ° C, которая может быть слишком высокой для некоторых смесей.
ПВХ	— Высвобождает опасные хлориды, не следует использовать с бетоном.
Полиэтиленовое волокно	— Низкая температура плавления 90 ° C, но высокая вязкость расплавленных волокон сводит к минимуму увеличение проницаемости (менее применимо).
Стальное волокно	— Увеличивает пластичность ГПЦ и увеличивает сопротивление растрескиванию колонн с узким расстоянием между связями. — Тем не менее, в ходе испытаний не наблюдалось заметного увеличения сопротивления другим структурам.

Таблица 5.

Использование различных волокон для предотвращения взрывного откола бетона.

3.3. Тепловой барьер

Тепловые барьеры обычно ограничивают повышение температуры и максимальную температуру на поверхности бетона и, таким образом, снижают риск взрывного откола, а также потери механической прочности. Толщина их слоя должна поддерживать эти температуры ниже критического уровня для отслаивания бетона.Однако критические температуры, приводящие к отколу, обычно недоступны, потому что они изменяются с каждой конкретной бетонной смесью. Меры по термическому барьеру можно классифицировать как две категории: (а) методы материалов и (б) методы строительства. В методах материалов обычно используется защитное покрытие на поверхности бетона высокоогнеупорными материалами, как показано на рисунке 9. В методах строительства методы покрытия бетоном со стальной трубой, использование металлической рейки или удержания стальной арматура против сколов (рис 10), и окружающие методов бетон с огнезащитной доской представлены в качестве защитной меры сколов.

Рисунок 9.

Огнестойкость бетона, покрытого высокоогнеупорными материалами.

Рисунок 10.

Огнестойкость бетона с усилением стальной защитной оболочки от образования трещин. (а) Использование удерживающей стали и (б) поверхности бетона после испытания на огнестойкость.

С точки зрения снижения пиковых температур в бетоне, эти меры являются очень эффективным методом (волокна PP не уменьшают это).Однако есть два потенциальных недостатка: (1) стоимость изоляции, вероятно, будет больше, чем стоимость волокон, и (2) у некоторых производителей возникла проблема с разграничением при нормальных условиях эксплуатации. Как правило, критерии проектирования заключаются в нанесении достаточной толщины покрытия, чтобы снизить максимальную температуру на поверхности бетона ниже примерно 300 ° C и максимальную температуру на стальной арматуре до примерно 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 для покрытия может потребоваться толщина покрытия 35 мм. высокопрочный бетон, чтобы избежать взрывного откола [13].

3.4. Методы контроля откола в поле

3.4.1. Бетон повышенной огнестойкости (AFR)

Бетон повышенной огнестойкости изготавливается из полипропиленовых волокон (диаметр: 0.012–0,2 мм, длина: 5–20 мм) 0,1–0,35% по объему и практически используется в ГСК 80–120 Н / мм ² . В этом бетоне добавление полипропиленовых волокон происходит для предотвращения взрывного откола на поверхности бетона из-за выброса высокого давления паров и тепловых расширений из-за плавления волокон PP при температуре около 160 ° C, что привело к образованию каналов для воды пар, выходящий из бетона. На рисунке 11 показаны характеристики огнестойкости образцов колонн, применяемых в бетоне ARF [22].

Рисунок 11.

Показатели огнестойкости образцов колонн, нанесенных на бетон ARF.

3.4.2. Метод огнестойких бетонов (FPC)

Метод огнестойких бетонов заключается в применении порошка PP вместо волокон PP в высокопрочном бетоне. Точка плавления порошка ПП составляет 165 ° С, плотность составляет 0,9 г / см ³ , и его обычно используют при содержании добавления 1 ~ 3 кг / м ³ по массе. В частности, полипропиленовый порошок обладает превосходной диспергируемостью и уменьшает сложность, например, волокнистый шарик при его смешиванииНа рисунке 12 показаны характеристики огнестойкости образца колонны, примененного в методе FPC [8].

Рисунок 12.

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

Рисунок 13.

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

3.4.3. Метод пожаробетонной колонны (FRCC)

Метод пожаробетонной колонны заключается в нанесении защитного покрытия на поверхность бетона с помощью высокоогнестойких материалов.В качестве огнеупорных материалов обычно используются силикатная плита с волокнами, керамические огнеупорные растворы, растворы из смесовых целлюлозных волокон и т. Д. Это метод термического барьера для ограничения повышения температуры и максимальной температуры на поверхности бетона с целью снижения риска взрывного откола. Толщина их слоя должна составлять более 20 мм для ГСК 80–120 Н / мм ² , чтобы вообще избежать взрывного откола [22]. На рисунке 13 показаны характеристики огнестойкости образца колонны, примененного в методе FRCC.

4. Выводы

Взрывной откол — это очень сильная форма откола, которая характеризуется отрывом слоев или кусков бетона от поверхности элемента конструкции, сопровождаемым обычно громким взрывным шумом при воздействии сильного и быстрого повышение температуры в условиях пожара. Обычно это происходит в течение первых 7–30 минут при пожаре. Самые последние теории причин взрывного откола показывают, что решающую роль играют три фактора: (а) повышение порового давления, (б) термические напряжения и (в) комбинированные явления в бетоне при быстром воздействии повышение температуры.Взрывное растрескивание обычно происходит отдельно или в комбинации, в зависимости от содержания влаги, размера сечения и материала. Отмечено, что высокопрочный бетон имеет тенденцию испытывать многократные отколы (комбинированное поровое давление и откалывание тепловых напряжений) более тонких секций На самом деле, большое количество факторов влияет на взрывное откалывание бетона. Основываясь на механизмах, основными факторами, приводящими к взрывному отколу, являются скорость нагрева, проницаемость бетона, содержание влаги, наличие усиления и уровень внешней приложенной нагрузки.Факторы можно разделить на три категории: связанные с материалом факторы, структурные или механические факторы и характеристики нагрева. Большинство из этих факторов могут быть непосредственно связаны со взрывным отколом. Однако некоторые из них также связаны с другими типами, и четкое разделение между отдельными параметрами трудно сопоставить. В качестве наиболее эффективных методов снижения риска взрывного откола рекомендуется добавление полипропиленовых волокон и использование термического барьера.Риск взрывного откола также снижается за счет снижения содержания влаги в бетоне до менее 5% по объему, за счет исключения тонких срезов и быстрых изменений формы, а также за счет ограничения напряжения сжатия.