Температура для бетона: Как влияет температура на прочность бетона?
Огнестойкость бетона: температура плавления, особенности
При пожаре свойства железобетонных конструкций проявляют себя в огнеупорности и жаростойкости. Температура плавления бетона равна 1100—2000 °C в зависимости от внутреннего состава, добавленного в раствор. Начиная с 200 °C, происходит снижение прочности и растрескивание, но материал довольно огнестойкий и медленно модифицируется за счет малой скорости нагревания поверхности. Тепло выделяется в процессе испарения воды при разрушении целостности цемента, таким образом позволяя сопротивляться непродолжительному влиянию высоких температур. Для строительства рекомендуется использовать бетон с жаростойкими характеристиками.
Содержание
- Воздействие высоких температур на бетон
- Температура плавления бетонных конструкций
- Особенности огнестойких бетонов
- Уровень огнестойкости железобетонных конструкций и колон
Воздействие высоких температур на бетон
Разрушение материала происходит послойно за счет ослабления прочности и давления паров, проникающих в поры конструкции.
Структура видоизменяется вследствие высокой температуры в различных диапазонах:
- Если температура при пожаре не достигла 200 °C, сжатие конструкции не происходит. При 250 °C и низкой влажности наступает стадия хрупкого разрушения.
- При воздействии жара до 350 °C на поверхности бетона образуются трещины от усадки материала.
- При температурном режиме, достигающем 450 °C, трещины возникают уже в зависимости от состава цемента и его характеристик.
- Температура свыше 573 °C разрушает структуру бетонного слоя из-за изменения свойства α-кварца в β-кварц, увеличивая объем.
- Температурные режимы от 750 °C приводят к полному разрушению бетона.
Бетонные части при пожаре не стоит поливать водой, так как это ведет к растрескиванию материала с разрушением верхнего слоя защиты, обнажая арматуру.
Температура плавления бетонных конструкций
В зависимости от температуры, которая воздействует на материал, происходит деформация и изменение цвета.
В журнале Civil Engineering в 2010 году были опубликованы методы определения критических температур и деформаций для решения вопросов огнеупорности. Согласно этому, расплав каждого элемента, который находится в составе цементного камня, меняется в зависимости от наличия даже небольшого количества примеси. По внешнему состоянию определяют температуру плавления:
- Не достигая отметки в 300 °C, цвет конструкции становится розовым, на верхний слой налипает сажа.
- При 600 °C окрашивается в красный, выгорает сажа.
- При более высоких температурных режимах бетон становится бледным.
Самыми уязвимыми частями при пожаре считают изгибаемые элементы: балки, плиты и ригели. Арматура в этих конструкциях покрыта тонким слоем бетона. Поэтому эта часть быстро прогревается до критических температур и разрушается. Согласно предоставленной информации строительной документации по расчету огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций, ее остаточную прочность после стандартного пожара считают допустимой при сохранении основных характеристик.
Расчет проводят на основании расчетных нагрузок, сопротивлении бетонного слоя и арматуры. При постройках зачастую делают искробезопасный пол. Покрывают его эпоксидной основой или полиуретаном.
Особенности огнестойких бетонов
Жаростойкий бетон производят с помощью материалов, которые под воздействием высоких температур не меняют свои характеристики. Для повышения жаропрочности применяют следующие методы:
Для повышения огнестойкости бетона, при изготовлении в раствор добавляются специальные составляющие, такие как кремний.- Исключая плавление, горение и другие разрушения, в раствор вводят алюминиевые и кремниевые составляющие.
- Для получения стандартной плотности до 600 МПа/см² домешивают в состав портландцемент.
- Добавляют в смесь пористые вулканические или искусственные огнеупорные породы.
В состав ячеистых бетонов входит заполнитель на минеральной кремниевой основе. Так как кремний имеет свойство жаропонижения, то этот материал наиболее часто используют при строительстве с повышенными требованиями пожароопасности.
Помимо этого, огнестойкие виды применяют для изготовления камер горения, тепловых электростанций и прочее.
Уровень огнестойкости железобетонных конструкций и колон
ЖБ конструкции с тонкими стенками в основном не имеют единой монолитной связи с другими частями. Они способны выдерживать температуру пламени и осуществлять свои основные функции на протяжении 1 часа. Максимальный уровень огнестойкости обусловлен размерами сечения конструкции, вида арматуры, качества класса бетона, выбранного вида заполнителя, защитного бетонного слоя и нагрузки, которую выдерживает конструкция.
Предел стойкости перекрытий, стен и колонн зависит от качества цементного раствора, его характеристик и толщины конструкций. Максимально крепкой считают сталь с температурными нагрузками до 1570 °C. Огонь наклоняет стены при возгораниях в сторону за счет прогревания с одной стороны. Чем больше нагрузка и меньше толщина слоя, тем ниже уровень сопротивляемости. Колонны могут сопротивляться действию разрушений за счет приложения нагрузки (центральной или вне ее центра), количества и качества крупного заполнителя, объема арматуры и защитного слоя из бетона.
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.
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.
Отверждение бетона | WEDGE
Условия отверждения с помощью WEDGE Строительные площадки должны поддерживать правильные условия после заливки бетона, чтобы максимально увеличить результирующую прочность бетона и минимизировать время отверждения. Это особенно проблематично для всей Северной Америки, где температура может достигать экстремальных значений и быстро колебаться.
Температура свежезалитого бетона должна поддерживаться при температуре, рекомендованной поставщиком смеси и/или инженером-строителем для обеспечения оптимальных условий отверждения. Поддержание этой целевой температуры зависит от смягчения экстремальных температур:
Затвердевание бетона при низких температурахКак минимум бетон должен затвердевать при температуре выше 7,2 градусов Цельсия (45 градусов по Фаренгейту). Ниже этой температуры химическая реакция бетона полностью прекращается, что может привести к дорогостоящим задержкам и доработкам.
Если температура опустится ниже нуля градусов Цельсия (32 градуса по Фаренгейту) до того, как бетон затвердеет как минимум до 500 фунтов на квадратный дюйм, цементная паста не сможет противостоять нагрузкам, создаваемым расширяющейся замерзающей поровой водой. Это приводит к отверждению бетона с пределом прочности всего 50% от его предполагаемого предела прочности.
Это почти наверняка приведет к затратам на доработку, иногда требуя удаления и замены целых плит.
С другой стороны, когда бетон нагревается слишком сильно, особенно при температуре выше 30 градусов Цельсия (86 градусов по Фаренгейту), в процессе отверждения он также не достигает своей максимальной прочности в течение 28 -дневной период. Большие различия в температуре сердцевины и поверхности могут привести к термическому растрескиванию, особенно при массовых заливках.
Применение большего количества тепла, чем требуется для отверждения, может быть дорогостоящим с точки зрения расхода топлива. Кроме того, неравномерное нагревание может привести к дефектам бетона, таким как окалины и трещины, которые во многих случаях потребуют затрат на повторную отделку.
Контроль температуры Для поддержания умеренных температур, обеспечивающих максимальную прочность бетона, у строительных компаний есть способы контроля среды отверждения.
К ним относятся:
- Использование промышленных обогревателей
- Установка вентиляторов для равномерной температуры во всех помещениях
- Использование временных укрытий (например, брезента)
- Использование периодического увлажнения или распыления воды
- Покрытие затвердевающего бетона изоляционным материалом или одеяла
- Создание прудов-отстойников
Независимо от настройки контроля окружающей среды условия могут меняться. Это означает, что крайне важно иметь мониторинг температуры в режиме реального времени, чтобы можно было вносить коррективы для поддержания качества и максимальной прочности бетона.
Также полезно иметь записи о прошлых температурах для записей о качестве и предоставлять средства правовой защиты в случае сценария разрешения споров. Кроме того, может потребоваться регистрация данных о температуре бетона, особенно для инфраструктурных проектов.
Строительные площадки могут использовать систему мониторинга, которая измеряет и регистрирует температуру окружающего воздуха, а также непосредственно внутри твердеющего бетона. Благодаря многочисленным датчикам, установленным на площадке, и легко читаемой приборной панели, показывающей уровни температуры и влажности в режиме реального времени, руководитель строительной площадки знает, когда и где возникают какие-либо проблемы, пока еще есть время что-то предпринять.
Введены оповещения, поэтому вы получаете уведомление на мобильный телефон в случае превышения пороговых значений. Своевременное получение такого оповещения для исправления ситуации может сэкономить строительному проекту сотни тысяч долларов, не говоря уже о своевременном выполнении проекта без необходимости переделывать этапы, если что-то пойдет не так.
Будучи опытной компанией, предоставляющей услуги и экспертизу для строительных площадок в Канаде, WesternOne (теперь United Rentals) определила необходимость контроля температуры и уровня влажности при заливке промышленного бетона.
Так, в 2017 году компания инвестировала в разработку умной технологии для рабочих мест под названием WEDGE. Это полностью интегрированная и надежная служба удаленного мониторинга, обеспечивающая круглосуточный доступ к данным с рабочего места на ваш смартфон, планшет или компьютер. WEDGE отлично подходит для отверждения бетона в суровых условиях.
Запросить демонстрацию
Зачем контролировать температуру твердения бетона
Навигация
АКП Блог
Во время строительства одни из самых критических периодов – во время и сразу после заливки бетона. Особенно в экстремальных погодных условиях, когда слишком высокая или низкая температура влияет на смешивание и отверждение бетона. Поэтому для обеспечения целостности конструкции необходимо контролировать температуру затвердевания бетона.
Процесс отверждения бетона представляет собой химический процесс, известный как гидратация.
Это когда основные химические соединения в цементе образуют связи с молекулами воды и становятся гидратами. Если температура слишком высокая или слишком низкая, это мешает этой химической реакции. Это вредно для развития концертной силы. Тщательный мониторинг температуры в бетонной плите во время гидратации помогает указать
- , что температура соответствует допустимым диапазонам для процесса гидратации
- Укажите набор прочности бетона
Существует два способа справиться с последствиями неправильной температуры гидратации. Вы можете выбрать один подход или комбинацию обоих. Вы можете оптимизировать смесь бетона для элементов окружающей среды, которым он подвергается, или принять меры для контроля окружающих элементов, которые влияют на температуру отверждения.
Поддержание заданной температуры
Гидратация бетона является экзотермической реакцией. Для поддержания требуемой температуры смесь бетона (соотношение песка, цемента, заполнителя и воды) можно отрегулировать в соответствии с условиями окружающей среды и требуемой заданной прочностью.
- Использование более тонкого цемента также приводит к меньшему выделению тепла.
- Тепло можно уменьшить за счет добавления дополнительных материалов, таких как шлак и летучая зола. Это уменьшает количество реактивного цемента на ранних стадиях гидратации, замедляя реакцию и уменьшая количество выделяемого тепла. Это идеально при заливке при экстремальных температурах, но также замедляет набор прочности бетона.
Отверждение бетона в жаркую погоду
Содержание влаги в бетоне на ранних стадиях гидратации важно для достижения определенной прочности смеси. Химические реакции, связанные с гидратацией, вызывают высыхание бетона. Если температура во время гидратации слишком высока, он будет сохнуть быстрее, что приведет к более быстрому набору начальной прочности, но к потере прочности на более поздних стадиях.
Поэтому обычно считается, что максимальная температура должна поддерживаться на уровне 70°C (160°F).
Отверждение бетона при низких температурах
Отверждение бетона при низких температурах сопряжено с противоположной проблемой. он замедляет химическую реакцию, ответственную за гидратацию, и даже может полностью остановить ее до тех пор, пока температура снова не повысится. Поэтому очень важно поддерживать температуру выше 5°C (40°F) в течение как минимум 48 часов после заливки. Низкие температуры могут помешать бетону набрать заданную прочность. По мере того, как происходит процесс гидратации, со временем внутри бетона образуются кристаллы. Это формирование может продолжаться в течение месяцев или даже лет, прежде чем будет достигнута полная сила. Если температура падает ниже рекомендуемой, кристаллы перестают расти.
Мониторинг температуры бетона во время отверждения
Поскольку температура, которой подвергается бетон, сильно влияет на время его отверждения и прочность, знание температуры бетона является важным элементом любой заливки бетона.
Поскольку процесс гидратации является экзотермическим и выделяет тепло, вы должны убедиться, что температура остается стабильной и находится в диапазоне, позволяющем протекать реакции. Это увеличивает прирост прочности и долговечность бетона.
AKCP предлагает датчики температуры, которые могут быть встроены в бетон перед заливкой. Беспроводные датчики с питанием от батареи контролируют температуру внутри плиты во время гидратации. Транслируя каждые 15 минут, вы можете отслеживать температуру и использовать данные, чтобы обеспечить надлежащее отверждение и определить, когда было достигнуто конкретное увеличение прочности бетона. Собранные данные позволяют определить индекс зрелости бетона и определить прочность на сжатие в раннем возрасте. Это означает, что опалубку можно снимать в нужное время, что ускоряет процесс строительства или обеспечивает безопасность, поскольку опалубка и опоры снимаются в нужное время.
Беспроводные туннельные датчики SensorCure™ прикрепляются к арматуре перед заливкой и передают данные на ближайший беспроводной шлюз с подключением к облаку.
Отраслевые статьи и новости
Домашняя страница Блог 20
Борьба с загрязнением воздуха в центре обработки данных
Большинство центров обработки данных расположены в местах, где много частиц и других загрязняющих веществ. Как с этим бороться?
Узнайте больше
Домашняя страница Блог 15
Изменение климата и центры обработки данных
С изменением климата должны меняться и центры обработки данных.