Температура бетона: Как влияет температура на прочность бетона?

18.09.2023

0 Comment

Содержание

Температура бетона, при какой температуре заливать бетон

Температура бетона — очень важный момент. Температура бетонной смеси должна быть в пределах от +5⁰С до +30⁰С. При температуре +5⁰С процесс твердения бетона сильно замедляется. Замедляется и первая фаза – схватывание, и последующий набор прочности. Если среднесуточная температура бетона +5⁰С, то нужно вдвое больше времени, чтобы бетон набрал такую же прочность, как при +20⁰С.

При температуре близкой к 0⁰С, бетон практически перестает набирать прочность, а если замерзнет свежий бетон, то могут произойти невозвратимые структурные разрушения. Реакция гидратации идет долго, вода не сразу вся реагирует с цементом, и несвязанная вода при замерзании образует в бетоне поры и капилляры. Замерзшая в этих капиллярах вода увеличивает свой объем до 9% и разрушает бетон, разрывая кристаллическим льдом связи цементного камня с зернами заполнителя. Результатом будет сильное снижение прочности бетона после оттаивания, этот бетон уже никогда не наберет марочную прочность.

Бетонирование при низких температурах

Для бетонирования при низких температурах применяют различные меры – используют быстротвердеющий цемент, увеличивают расход цемента, предварительно греют заполнители до +35⁰С и воду до +75⁰С и выше. Воду, нагретую до +80⁰С и более, добавляют в цемент, предварительно смешав с крупным заполнителем, считается, что иначе можно запарить цемент. Хотя, по лабораторному и строительному опыту, портландцемент М400 и М500 «запарить» не так просто.

Кроме того, при зимнем бетонировании греют опалубку и основание, добавляют в бетон противоморозные добавки и укрывают бетон «термосом», или строят над конструкцией парники. Часто этого далеко не достаточно. Хотя реакция гидратации экзотермическая, то есть идет с выделением значительного количества тепла, этого на морозе мало. Поверхностный нагрев бетона и внутренний прогрев – электродный или нагревательными проводами – дело сложное, затратное. И выгод у зимнего бетонирования по сравнению с летним – никаких.

Прочность бетона в разные сроки твердения при различных температурах

Приведем таблицу для отображения относительной прочности бетона (за единицу принята прочность 28-дневного бетона, твердеющего при +15 гр. С) в разные сроки твердения при различных температурах

Срок твердения бетона, сут	5 ⁰С	10 ⁰С	15 ⁰С	25 ⁰С	35 ⁰С
3	0,15	0,2	0,3	0,37	0,45
5	0,25	0,32	0,45	0,54	0,6
7	0,35	0,44	0,6	0,7	0,72
10	0,45	0,52	0,7	0,77	0,77
15	0,55	0,65	0,8	0,85	0,85
28	0,8	0,92	1	1,05	—

Для индивидуальных строителей, еще не набравшихся опыта, можно привести такое правило:Если ожидается среднесуточная температура ниже +5⁰С на ближайшие 28 суток, заливать фундамент не рекомендуется.

Оставлять малозаглубленный и незаглубленный фундамент на зиму без нагрузки недопустимо. Если это все же произошло, нужно хорошо утеплить сам фундамент и грунт возле него любой насыпной теплоизоляцией – керамзитом, шлаком, или минватой, любым способом уменьшить промерзание грунта возле фундамента. Все арматурные выпуски из фундамента также нужно утеплять, на всю высоту.

Бывают случаи, когда бетонировать нужно именно зимой – это может быть связано с ценами на материалы, невозможностью доставки в теплое время года, или же с особенностями грунтов основания. Методы и технология зимнего бетонирования и прогрева бетона – долгая отдельная тема.

Бетонные работы при высоких температурах воздуха

Повышение температуры бетонной смеси выше +30⁰С ничего хорошего бетону не несет. Цемент активируется значительно быстрее, реакция гидратации ускоряется, и тем выделяет еще больше тепла. Слишком сильный нагрев бетона при этом является избыточным – начинается сначала резкое расширение вместе с фиксацией цементного камня и крупного заполнителя. Когда бетон начнет остывать – в ночное время, или если жара спадет, то он будет сжиматься, но образовавшаяся структура бетона будет этому сжатию противостоять.

Внутренние напряжения могут привести к деформациям бетона. Сверху бетон нагрет значительно сильнее, и избыточные остаточные напряжения у поверхности вызывают появление усадочных трещин. Время появления усадочных трещин – наступает примерно через 40-60 минут с момента заливки смеси в опалубку и продолжаться может от 3 до 18 часов.

Если нужно бетонировать в жару

В случае, когда температура воздуха выше +25⁰С, а относительная влажность менее 50%, следует:

Применять для приготовления бетонной смеси цементы с марочной прочностью, превышающей требуемую прочность бетона не меньше, чем в полтора раза, а также пластифицированные быстротвердеющие цементы (требуют ускорения технологического процесса). Для повышения удобоукладываемости смеси возможно вводить модификаторы.

Также возможный вариант – замедлять схватывание и твердение бетона введением добавок — замедлителей.
Бетонировать во время суток с самой низкой температурой воздуха или ночью, днем закрывать бетон от солнца.
Возможно охлаждение бетона льдом. Нельзя допускать, чтобы температура бетонной смеси повышалась больше +35⁰С.
Если вследствие усадки бетона произошло поверхностное растрескивание, возможно вибрировать смесь или простучать опалубку, но не позже, чем через 30-45 мин после завершения бетонирования.
Свежеуложенный бетон нужно закрывать от солнца и ветра, чтобы как можно больше уменьшить обезвоживание. Бетон нужно прикрыть материалом, удерживающим влагу, и постоянно его увлажнять, возможно установить газонный распылитель. До схватывания бетон поливать нельзя. После того, как бетон схватится, нужно организовать постоянный полив, периодически поливать и оставлять бетон сохнуть недопустимо. Поливают водой и бетон, и все доступные поверхности опалубки.
От солнца можно закрывать бетон по слою увлажненного материала (геотекстиля, дорнита, мешковины и т. д.) сверху отражающими фольгированными покрытиями.

Чем больше массив бетонной конструкции (и меньше модуль охлаждаемой поверхности, измеряемый отношением площадь/объем), тем с более сильной экзотермией проходит гидратация. При габаритах конструкций более 75 см минимального сечения бетон может перегреться и при температуре в +20⁰С, и для предотвращения усадочных трещин меры по охлаждению бетона нужно принимать в том же порядке. Строительные нормы регламентируют для конструкций с модулем поверхности меньше 3 держать верхний предел температуры бетонной смеси не более +25⁰С. Измеряют температуру бетонной смеси термометром на глубине не меньше 5 см от поверхности.

Советы и рекомендации: зимнее бетонирование

Процессы выставления опалубки и бетонирования при зимних температурах требуют дополнительных мер и планирования. Пять представителей служб шеф-монтажа опалубки из России, Германии, Австрии и Швейцарии дают полезные советы из собственной практики.

СОВЕТ: Правильно ухаживайте за бетоном и соблюдайте все нормативы

Крайне важно правильно подготовить место, где укладывается бетон. Оно должно быть очищено от наледи и снега. Обязательно должна быть прогрета арматура и основание до положительной температуры. Температура бетонной смеси в миксере перед укладкой в конструкцию должна составлять около 18-20 С°.

После укладки смеси особое внимание следует уделить уходу за бетоном. Для этого есть несколько способов – «способ термоса», электротермообработка (прокладка прогревочного электропровода или электродов) и обогрев теплым воздухом (сооружение «тепляков»). Последний метод означает, что через специально проложенные трубы на укладываемый бетон подается теплый воздух, а для сохранения этого тепла над участком бетонирования сооружается навес, который закрывается снаружи матами (тентом) – так называемый «тепляк».

Необходимо строго соблюдать все нормативы, которые предписаны техкартами и ППР по зимнему бетонированию. Так как в них должен быть прописан температурно-влажностный режим выдерживания бетона, данные о материале опалубки, теплоизоляционные и пароизоляционные показатели открытых поверхностей бетона, схема размещения точек, где следует измерять температуру бетона, сроки и порядок распалубки.

Надо четко отслеживать прогрев бетона, повышение температуры должно быть плавным – обычно это занимает около 8-10 часов для разогрева до 40 С°. Допустимые показатели прогрева составляют не более +80ºС. В среднем подъем температуры составляет 10 С° в час, но не более. Остывание бетона тоже надо проводить медленно: минимально остывание не должно превышать снижения температуры более 10 С° в час.

Когда бетон достигнет необходимой прочности – можно начинать распалубку, при этом температура бетона в конструкции не должна превышать 5 С°. Это поможет избежать появления трещин на поверхности бетона. Для получения лицевого бетона зимой эти условия еще более жесткие.

Необходимо отметить, что правильно составленная техкарта и соблюдение ее предписаний очень важны. Чтобы четко отслеживать температурный режим и набор прочности бетона лучше использовать специальные устройства – Concremote. Это система датчиков, которая работает по принципу постоянного мониторинга температурного режима и вычисления момента набора бетоном необходимой прочности. Все данные могут поступать к вам на телефон, что очень удобно.

Если рассматривать объем работ на примере круговой диаграммы, то бóльшую долю – исходя из критериев времени, и важности – займет выдерживание и уход за бетоном. Безусловно, важными составляющими остаются: состав бетонной смеси (с точки зрения выбора антиморозных добавок и пластификаторов), применение смазки с правильным составом (для зимнего периода — на масляной основе), материал и утепление опалубки. В целом зимнее бетонирование – это гораздо более сложный и длительный процесс в отличие от летнего, когда распалубка производится намного быстрее.

Узнайте больше о Concremote
Константин Колецкий
Андреас Пилс
СОВЕТ: Используйте Concremote для мониторинга бетона в реальном времени
Из-за низких температур в холодное зимнее время года выдержка и отверждение бетона требуют больше времени и внимания. Concremote может оказать здесь хорошую поддержку.

• Своевременно переходите на оптимальную зимнюю бетонную смесь. Корректировка рецепта бетона выгодна для вашего графика строительства и обеспечит запланированное время цикла и отверждения. Если вы используете систему датчиков Concremote на вашей стройплощадке, то на специальном веб-портале Concremote вы сможете онлайн отследить и сравнить время и затраты при использовании обычного и калиброванного бетона.
• Зимой прочность бетона на сжатие увеличивается медленнее. Мониторинг прочности бетона на сжатие в режиме реального времени позволяет произвести распалубливание в самые короткие сроки. Вы получите сообщение на свой мобильный телефон, как только придет время достижения бетоном нужной прочности.

• Большая разница температур между бетонным ядром и поверхностями может привести к температурному удару и, как следствие, к термическим трещинам в бетоне. Поэтому перед распалубливанием проверьте температуру бетона.
Узнайте больше о Concremote
СОВЕТ: Правильно используйте смазочные материалы
При температурах близких к нулевым может случиться так, что смазка станет слишком вязкой или даже замерзнет. Поэтому вы всегда должны хранить ее в контейнере с регулируемой температурой — даже если она хранится временно или во время перерывов в работе! Кроме того, при отрицательной температуре форсунки часто замерзают, поэтому нанесение тонкого слоя на опалубку уже будет невозможно. Мой совет: используйте плоскую форсунку и распыляйте смазку под давлением не менее 4 бар.

Узнайте больше о смазке для опалубки
Стефан Бруггер
Стефан Киттель
СОВЕТ: Осуществляйте правильное и безопасное хранение опалубки
В зимние месяцы особенно важно правильно хранить рамную опалубку — то есть палубой вверх. При неправильном хранении палубой вниз между профилями рамы остается дождевая вода, которая может замерзнуть при минусовых температурах. При подъеме опалубки мелкие льдинки могут упасть на стоящих внизу людей. Как правило, при установке или подъеме опалубки на льду и снегу требуется повышенная осторожность, поскольку она может соскользнуть. Это особенно актуально при подъеме полных штабелей.
Поэтому: всегда вставляйте конусы для штабелирования при транспортировке!
Роберт Гофмархер
СОВЕТ: Защитите молодой бетон
Уход за бетоном в зимний период особенно важен для получения качественной и эстетически привлекательной бетонной поверхности. Для этого укройте бетон в опалубке зимними изоляционными матами, чтобы он оставался теплым. После снятия опалубки – укрыть пленкой. Однако пленка не должна соприкасаться с поверхностью, иначе бетон может изменить цвет из-за скопившегося конденсата. Кроме того, в зимних условиях окупается отапливаемый тепляк для опалубки и готовых бетонных конструкций.

ПОЧЕМУ БЕТОН ТЕМПЕРАТУРА ВАЖНА, Особенно при экстремальных температурах
Лэнс Канют
Лэнс Канют

Управляющий КАНЗАК ЛТД, Новая Зеландия/Австралия
Опубликовано 14 ноября 2018 г.
+ Подписаться
Теплота, выделяемая бетоном во время твердения бетона, называется теплотой гидратации.Эта экзотермическая реакция происходит при взаимодействии воды и цемента. Количество тепла, выделяющегося во время реакции, в основном связано с составом и крупностью цемента.
ПЯТЬ ФАЗ ТЕПЛООБРАЗОВАНИЯ В БЕТОНЕ
Теплообразование в бетоне является очень сложной и тщательно изученной темой. Чтобы упростить этот процесс, выделение тепла во времени можно разделить на пять отдельных фаз. Тепловой профиль может меняться в зависимости от типа цемента. Типичная гидратация цемента типа I графически представлена на рисунке ниже.
ФАЗА 1: ПРЕДИНДУКЦИОННАЯ
Вскоре после контакта воды с цементом происходит резкое повышение температуры, которое происходит очень быстро (в течение пары минут). В этот период основными реактивными фазами бетона являются алюминатные фазы (C3A и C4AF). Фазы алюмината и феррита реагируют с ионами кальция и сульфата с образованием эттрингита, который осаждается на поверхности частиц цемента. Во время этой фазы в меньшей степени силикатные фазы (в основном C3S) также будут реагировать в очень малых долях по сравнению с их общим объемом и образовывать очень тонкий слой гидрата силиката кальция (C-S-H).
ФАЗА II: ПЕРИОД СПОКОЙСТВА
Эта фаза также известна как фаза индукции. В этот период скорость гидратации значительно замедляется. Традиционно считается, что это связано с осаждением вышеупомянутых соединений на поверхности частиц цемента, что приводит к диффузионному барьеру между частицами цемента и водой. Тем не менее, ведутся серьезные споры о физических и химических причинах возникновения этой стадии и методах ее прогнозирования.
Это период, когда свежий бетон транспортируется и укладывается, так как он еще не затвердел и еще пригоден для обработки (пластичный и жидкий). Было показано, что продолжительность периода покоя зависит от множества факторов (тип цемента, примеси, вес/см). Конец периода покоя обычно характеризуется начальным набором.
ЭТАП lll и lV: НАБОР ПРОЧНОСТИ
На этом этапе бетон начинает твердеть и набирать прочность. Тепло, генерируемое на этом этапе, может сохраняться в течение нескольких часов и вызвано в основном реакцией силикатов кальция (в основном C3S и в меньшей степени C2S). Реакция силиката кальция создает гидрат силиката кальция «второй стадии» (C-S-H), который является основным продуктом реакции, обеспечивающим прочность цементного теста. В зависимости от типа цемента также можно наблюдать третий, более низкий тепловой пик от возобновившейся активности С3А.
ФАЗА V: УСТОЙЧИВОЕ СОСТОЯНИЕ
Температура стабилизируется вместе с температурой окружающей среды. Процесс гидратации значительно замедлится, но не остановится полностью. Гидратация может продолжаться в течение месяцев, лет или даже десятилетий при условии наличия достаточного количества воды и свободных силикатов для гидратации, но прирост прочности в этот период времени будет минимальным.
ЗАЧЕМ КОНТРОЛИРОВАТЬ ТЕМПЕРАТУРУ БЕТОНА?
На этапе II температуру бетона можно измерить во время заливки бетона. Измерение температуры обычно проводится, чтобы убедиться, что бетон соответствует определенным спецификациям, которые определяют определенный допустимый диапазон температур. Типичные спецификации требуют, чтобы температура бетона во время укладки находилась в диапазоне от 10°C до 32°C. Однако в зависимости от размера элемента и условий окружающей среды предусмотрены различные указанные пределы (ACI 301, 207). Температура бетона во время укладки влияет на температуру бетона во время следующей фазы гидратации.
Мониторинг температуры бетона на этапах III и IV является регулярно выполняемым компонентом контроля качества. Основная причина этого измерения заключается в том, чтобы убедиться, что бетон не достигает слишком высоких или слишком низких температур, чтобы обеспечить надлежащее развитие прочности и долговечности бетона. Еще одна причина контроля температуры бетона на этом этапе — оценка прочности на месте, где скорость гидратации является основным методом определения зрелости (ASTM C 1074).
БЕТОНИРОВАНИЕ ДЛЯ ГОРЯЧИХ ПОГОД
Как правило, предельная температура бетона во время гидратации составляет 70°C. Если температура бетона во время гидратации слишком высока, это приведет к тому, что бетон будет иметь высокую начальную прочность, но, следовательно, приобретет меньшую прочность на более позднем этапе и проявит меньшую долговечность. Кроме того, было замечено, что такие температуры препятствуют образованию эттрингита на начальной стадии и впоследствии способствуют его образованию на более поздних стадиях; что вызывает реакцию расширения и последующее растрескивание.
Кроме того, проблемы с высокой температурой вызывают озабоченность, особенно при заливке массивного бетона, когда внутренняя температура может быть очень высокой из-за эффекта массы, а температура поверхности ниже. Это вызывает температурный градиент между поверхностью и сердцевиной, если разница температур слишком велика, это вызывает термическое растрескивание.
БЕТОНИРОВАНИЕ В ХОЛОДНУЮ ПОГОДУ
Если температура окружающей среды слишком низкая, гидратация цемента значительно замедлится или полностью прекратится, пока температура снова не повысится.
Другими словами, произойдет значительное снижение или прекращение развития силы. Если температура бетона достигает точки замерзания до достижения определенной прочности (3,5 МПа) (ACI 306), общая прочность бетона снижается. Это также приведет к растрескиванию, поскольку бетон не обладает достаточной прочностью, чтобы противостоять расширению воды из-за образования льда.
Чтобы обеспечить надлежащее развитие прочности и избежать растрескивания бетона, общие рекомендации предполагают, что температура бетона должна поддерживаться выше определенной температуры в течение определенного периода времени (>

5°C в течение 48 часов) (ACI 306).

Мониторинг температуры — интеллектуальные датчики для бетона Maturix I
Содержание
Почему важно контролировать температуру бетона?
Температура бетона напрямую влияет на два очень важных аспекта:

Температура бетона существенно влияет на процесс набора прочности бетона. Значительное повышение температуры происходит при смешивании цемента, воды, заполнителя и добавок. Это связано с экзотермическим процессом реакции между цементом и водой (так называемая гидратация цемента). С повышением температуры увеличивается и скорость обработки. Развитие внутренней температуры будет ускоряться до тех пор, пока наличие свободных частиц цемента не станет ограничением; в этот момент он снова начнет уменьшаться. Внутренняя температура бетона будет зависеть от размера и формы отливки, типа бетона, состава смеси, методов отверждения и условий окружающей среды на стройплощадке или заводе по производству сборных железобетонных изделий.
Очень важно знать о перекрестном эффекте . Этот эффект показывает, что если бетон отверждается при высоких температурах на ранних стадиях, конечная прочность может быть ниже ожидаемой по сравнению с отверждением при более низких температурах. Например, на рисунке ниже видно, что прочность двух образцов бетона, отвержденных при низких и высоких температурах, имеет несколько разные кривые набора прочности.
В бетоне, застывшем при высоких температурах, набор прочности вначале идет быстрее, чем в бетоне, застывшем при низких температурах. Однако такое быстрое развитие прочности не длится долго. Напротив, если тот же бетон отверждается при низких температурах, прочность сначала нарастает медленнее, но конечная прочность оказывается выше, чем у бетона, твердеющего при высоких температурах.
Температура также играет важную роль в риске появления трещин и дефектов. Во время процесса гидратации цемента в результате реакции вдоль конструкции выделяется тепло. Однако температура в разных частях конструкции обычно не одинакова. Это связано с тем, что тепло легче рассеивается с поверхности бетона из-за его расположения и охлаждающего действия ветра, чем в ядре бетона. Вы можете увидеть это на иллюстрации ниже:
На иллюстрации видно, что температура выше в сердцевине, а затем снижается по бокам. Это означает, что в то время как поверхность сжимается и затвердевает из-за более низких температур, ядро все еще теплое и расширяется. Если температуры станут слишком разными, внутренние напряжения внутри бетона возрастут и вызовут трещины. Эти трещины различаются по размеру и тяжести; некоторые будут просто эстетическими, в то время как другие могут представлять собой структурную проблему, заканчивающуюся дорогостоящим делом.
Итак, мы увидели, что температура играет ключевую роль в развитии прочности и качества бетона. Если с этим не справиться должным образом, вы можете получить меньшую, чем ожидалось, прочность через 28 дней, бетон с трещинами и дефектами или бетон, который, кажется, будет затвердевать целую вечность. Трудно решить проблемы, создаваемые температурой, если вы ее никак не измеряете.
Температура играет важную роль в бетоне. Хотя контроль температуры является обязательным требованием при заливке массы, это не единственное, что может быть полезно. Некоторые из потенциальных преимуществ контроля внутренней температуры бетона:
Решения с проводными датчиками, использующие датчики термопары или изготовленные по индивидуальному заказу датчики с внутренней памятью, крепятся к арматурному стержню и подключаются к регистратору данных или преобразователю. Затем датчики встраиваются в бетон, а регистратор данных или передатчик остаются вне бетона.
Основной характеристикой, отличающей различные решения, является способ сбора данных. Это важно, потому что некоторые продукты требуют, чтобы вы находились рядом с датчиком для сбора данных, в то время как другие могут отправлять их непосредственно в облако. Это объясняется ниже:
За последние несколько лет ассортимент решений для мониторинга температуры быстро расширялся. Это затрудняет получение четкого представления о том, что важно и какое решение лучше соответствует вашим потребностям. В общем, советуем помнить об этих основных рекомендациях:
Maturix представляет собой комбинированное решение с датчиком и программным обеспечением, обеспечивающее простой, доступный и эффективный мониторинг твердения бетона. Дешевый тонкий датчик температуры (термопара) встроен в бетон. Термопара подключена к датчику, расположенному снаружи бетона. Передатчик отправляет данные непосредственно в облако, используя технологию дальнего действия под названием Sigfox. Данные хранятся в облаке и доступны для всех устройств, подключенных к Интернету. Кроме того, можно использовать уже имеющиеся показания температуры для расчета зрелости и прочности бетона.
Решение для беспроводного и удаленного датчика является эффективным решением для отслеживания:
Количество необходимых датчиков зависит от типа проекта, характеристик конструкции и ваших требований. Предположим, вы впервые используете датчики. В этом случае лучше всего связаться с поставщиком решения и отправить ему планы конструкции, график бетонирования и другие необходимые требования, и они могут порекомендовать определенную сумму. Имея больше опыта работы с датчиками, будет проще оценить необходимое количество.
Места с самой низкой температурой будут развиваться медленнее увлажнение и, как следствие, замедление набора прочности. Это означает, что эти пятна подвергаются повышенному риску ранних заморозков, и даже если они достигнут более или менее одинаковой прочности в конце (исследования действительно показывают небольшие различия), это займет больше времени. Таким образом, мониторинг температуры и развития прочности в этих местах является хорошей идеей. Важно помнить об этих точках как при планировании (моделирование), так и при контроле (показания датчиков), так как перед снятием опалубки необходимо убедиться, что они достигают прочности.
Вы часто можете найти эти места в:
Наибольшее температурное напряжение возникает, когда у вас есть холодная точка (описанная выше) и теплая внутренняя температура. Обычно вам не нужна разница в поперечном сечении вашего бетона более чем на 10-20°C. Если вы превысите их, возрастет риск термических трещин. Трещины также возникают в результате гораздо более короткого воздействия резких перепадов температуры, когда могут внезапно возникать напряжения.
Температурные напряжения часто бывают самыми высокими в связи с: