Твердение бетона при низких температурах: Температура застывания бетона: низкая, минимальная и оптимальная

Температура застывания бетона: низкая, минимальная и оптимальная

От прочности фундамента будут зависеть качество и долговечность здания. При подготовке такого «нулевого» цикла работ требуется соблюдать многие факторы и тщательно ознакомиться с информацией о температуре застывания бетона. Если не учитывать условия погоды при заливке фундамента, качество и марку раствора, температурные режимы его застывания и виды добавок, то такая трудоёмкая работа может оказаться напрасной.

Подготовка к заливке фундамента

Иногда строительство капитальных сооружений, особенно частных, происходит без учёта времени года. Это может быть оправданным решением, но сложностей окажется немало уже на стадии подготовительных работ. Они состоят из нескольких этапов:

1. Площадь, предназначенная под фундамент, должна быть очищена от верхнего слоя почвы и размечена в соответствии с проектом. При морозной погоде это будет довольно трудоёмкой задачей.
2. Далее нужно произвести разметку ширины траншеи под фундамент. Глубина её определяется глубиной промерзания грунта, этажностью возводимого сооружения, материалом, который будет использоваться при строительстве. Землеройная техника не всегда применима, так как стенки траншеи должны быть узкими, глубокими и ровными.
3. Для гидроизоляции и укрепления дно котлована трамбуется песком (слоем в 90—150 мм), затем щебнем. Обычно зимой этот строительный материал находится в подмёрзшем состоянии. Есть вероятность того, что с потеплением утрамбованный слой потеряет нужную плотность, а это может отразиться на прочности будущей постройки.
4. Следующий этап работ — установка опалубки. Используются для этого доски или деревянные щиты, а для гидроизоляции — плотная полиэтиленовая плёнка. Сильный мороз влияет на эластичность плёнки. Она становится ломкой, на ней возможно появление прорех, что нарушает гидроизоляцию фундамента.
5. Дальше изготавливается армированная конструкция, которую можно сварить или скрутить при помощи стальной проволоки. Толщина используемой арматуры составляет от 8 до 18 мм. Одно из свойств стали — сужаться или расширяться при перепадах температуры, поэтому сваренный арматурный каркас на сильном морозе при повышении температуры будет менять свои размеры, что отразится на прочности фундамента.

Преимущества зимних работ

Иногда возникают ситуации, когда изготовление фундамента в зимнее время будет лучшим вариантом. Для этого могут быть разные причины:

1. Особенности почвы местности. Если грунт сыпучий, лучше возводить фундамент в мёрзлой почве для сохранения нужной формы котлована.
2. Климатические условия региона в летнее время не позволяют проводить строительные работы.
3. К стройке в зимнее время прибегают с целью экономии средств. В этот период цены на строительные материалы снижаются.
4. Строительные фирмы снижают стоимость услуг, так как резко падает спрос на их деятельность в зимнее время.

После подготовительных работ можно приступать к расчёту состава бетонного раствора, обязательно учитывая то, при какой температуре будет происходить его заливка в опалубку.

Твердение бетонной массы зимой

В какое время года не проводилась бы заливка фундамента, раствор готовят из цемента и щебня средней величины с добавлением пластификаторов. С добавками бетон приобретает прочность, улучшаются его состояние и влагостойкость. Пластификаторы повышают устойчивость раствора к морозам, поэтому их часто применяют, изготавливая фундамент при низких температурах воздуха.

Минимальная температура застывания бетона составляет не ниже +5 °C. Это крайний показатель для качественного созревания. Но и жаркая погода не особо подходит для строительных работ. Оптимальный температурный режим — от +15 до +20 °C. Соблюдая такие условия, можно создать без дополнительных затрат и технологий прочное основание под возведение здания.

Необходимо знать, при какой температуре застывает бетон. Нормальной температурой воздуха для его затвердения специалисты считают от +15 до +20 °C. Период застывания фундамента длится около 30 дней. Если температура ниже нормы, твердение бетона происходит медленнее — он достигнет нужной прочности примерно через 60 дней. Когда температура ниже 0 °C, процесс приостанавливается. При минусовой температуре залитый в опалубку раствор замораживается. Если фундамент уже успел набрать необходимую прочность, то весной после оттаивания продолжится процесс его твердения до полноценного конечного результата.

В случае недостаточной прочности перед замораживанием качество монолита будет неудовлетворительным. Вода в бетонном растворе при замерзании превратится в лёд и увеличится в объёме, что приведёт к пористости и трещинам в бетоне. В итоге сократятся эксплуатационные сроки строения.

Существуют методы, с помощью которых твердение бетона при низких температурах можно довести до состояния критической прочности к моменту его замерзания. По действию они делятся на три вида:

• обеспечивается внешний уход за залитым в опалубку раствором до степени критической прочности;
• с помощью электроподогрева повышается температура бетонной массы до момента максимального твердения;
• введение в раствор модификаторов, ускоряющих процесс застывания.

Возможность зимнего бетонирования зависит от многих факторов: наличия на строительной площадке источников питания, погодных условий на момент твердения, возможности доставки разогретого бетона. Самым простым и экономически выгодным методом является внесение в раствор модификаторов.

Добавки в раствор

Осуществляя способ бетонирования с использованием добавок, заливку раствора зимой производят без прогрева. Добавки применяются в холодную пору и делятся на два вида:

1. Вещества, которые понижают точку замерзания воды в бетонном растворе: поташ, хлориды кальция, натрия, нитрит натрия и их сочетания. Они обеспечивают довольно хорошее твердение при отрицательных температурах. Разновидность добавки подбирается согласно требованиям к температуре затвердения раствора.
2. Компоненты, которые ускоряют период твердения. Это модификаторы. К ним относятся поташ и содержащие в своём составе смеси хлорида кальция с мочевиной или нитритом кальция.

Объем химических соединений, вводимых в раствор, составляет от 2 до 10% от веса цементного порошка. Количество их определяют согласно ожидаемой температуры твердения бетона. С использованием противоморозных добавок возможно проведение бетонирования и при -25 °C. Но такие эксперименты не рекомендуется делать частным строителям. Заливка при минимальных температурах сопровождается рядом особенностей и требований по выполнению работ. Главным моментом является недопущение заморозки и разморозки раствора.

Единственным достоинством возведения фундамента в зимние месяцы является то, что уже ранней весной можно будет начать строительные, а затем отделочные работы и продолжить их до конца осени.

Бетонные работы при низких температурах: все нюансы и правила

Построить дом, в котором будет собираться большая семья, чтобы вместе отметить праздники и радостные события – мечта любого мужчины. Как правило, у каждого хозяина, желающего построить свой дом, возникает множество вопросов, в которых он желает разобраться самостоятельно, не обращаясь к помощи специалистов. Это и самолюбие потешит и немало денег сэкономит. Однако большинство мужчин останавливает одна и та же проблема – решить, в какое время года строить дом. Раньше считалось, что это возможно только летом, но научный прогресс позволяет строить жилье и зимой. Единственный нюанс – стоит заранее выяснить, при какой температуре можно производить бетонные работы.

Преимущества и недостатки зимних работ

Бетонирование при отрицательных температурах имеет свои преимущества и изъяны, о которых нельзя забывать.

Преимущества:

1. Возможность залить бетон на сыпучем грунте. В тёплое время года почва осыпается, что затрудняет качественную укладку покрытия.
2. Меньшая стоимость работ. Зимний период традиционно считается неподходящим для строительства, поэтому многие магазины делают скидки на материалы, необходимые для строительства дома.
3. Ускоренное оказание услуг. Неприятная погода буквально заставляет сотрудников работать быстрее, что значительно снижает временные затраты.

Недостатки:

1. При выборе рабочих следует рассматривать мастеров, которые способны выполнять заливку бетона зимой. Это связано с тем, что большинство строителей работают только летом.
2. Велик риск того, что бетонная смесь замёрзнет, и строительные работы придётся приостановить до тех пор, пока температура внешней среды не достигнет положительных значений.
3. Зимой световой день короче, чем летом, поэтому потребуется купить оборудование для дополнительного освещения. Как правило, это требует немалых растрат.
4. Заливка фундамента на замёрзшую землю грозит проседанием и возникновением трещин, так как при размерзании земля проседает.

Как влияют на бетон отрицательные температуры?

Согласно п. 5.3.15. СП 70.13330.2012 СНиП 3.03.01-87, проведение укладки бетона при отрицательных температурах возможно только при создании особых условий, обеспечивающих необходимые свойства бетона.

Качество раствора при различных температурах

Укладка бетона при минусовой температуре приводит к появлению неисправимых изменений в структуре.

В связи с этим следует помнить об особенностях работы в зимнее время:

• раствор, приготовленный в летний зной, имеет более высокую стойкость и быстрее застывает, чем смесь, приготовленная зимой;
• при работе в ледяной холод качество раствора резко падает. Об этом свидетельствует видимая деформация изделия. Поэтому температура укладки бетона должна быть выше 0°C.

Физико-химические процессы

Созревание бетона при низких температурах занимает большее количество времени и рискованно появлением дефектов на готовой конструкции. Самой низкой температурой для естественного протекания процесса считается +4 °C.

Гидратация бетона при отрицательных температурах замедляется, химически несвязанная вода переходит в состояние льда, увеличивая свой объём на 9,7 %. Из-за этого в смеси возникают напряжения, которые разрушают его структуру. Замёрзший бетон обретает высокую прочность благодаря сцеплению молекул замёрзшей воды, но это ненадолго.

При увеличении температуры внешнего мира выше 0 градусов, вода начнёт оттаивать, что возобновит гидратацию. Но изменение структуры бетона не позволит набрать необходимую проектную прочность. Исследования показывают, что влияние пониженной температуры не меняет физико-химические характеристики бетона, если до замерзания смесь набрала 30-50% проектной прочности.

Схватывание и твердение бетона при низких температурах по дням

Чтобы выяснить наиболее подходящее время для начала проведения строительных работ, следует обратить внимание на график, где показано твердение бетона при низких температурах. Каждый производитель строительного материала размещает таблицу с информацией о застывании бетона при низких температурах на упаковке. Лучшим временем считается момент, когда прочность бетона составляет не менее 72%. Чтобы лучше понимать, как рассчитать время работы, следует изучить пример, в котором описано схватывание бетона при низких температурах по дням.

Методы зимнего бетонирования

Если работа осуществляется при пониженной температуре, то следует заранее позаботиться о том, чтобы раствор не замерзал. Опытные строители выбрали несколько способов, которые позволяют выполнять производство бетонных работ при отрицательных температурах.

Повышение температуры в процессе замеса

Работа при показателях ртутного столбика ниже 0°C отличается своей спецификой. Прежде чем укладывать смесь, необходимо её нагреть до определённой температуры. Процедура направлена на повышение порога критической прочности бетона. Это величина, определяющая минимальную прочность, которую нужно набрать бетону до обморожения. Работа в холод повышает риск того, что разрушится структура бетона и его дальнейшее вызревание будет невозможно.

Подогрев и утепление раствора

Научные достижения предлагают немало различных методик, позволяющих добиться необходимой температуры.

Среди наиболее популярных выделяют:

1. Внутренний подогрев строительной конструкции. Изнутри перекрытия закладывают специальные провода. Это создаёт необходимые условия для застывания раствора.
2. Обогрев смеси с внешней стороны. Повышают температуру окружающей среды на определённом участке строительных работ. Для успешного бетонирования используют тепловые пушки (строительные обогреватели) и разборные сооружения («тепляки»).
3. Несъёмная теплоизоляционная опалубка. Такой метод применим, если температура внешнего мира будет не менее — 5°C. Эта система обеспечивает условия для твердения бетона с помощью требуемой температуры.

Использование противоморозных добавок

Опытные мастера вместе с подогревом раствора применяют противоморозные добавки.

Профессионалы утверждают, что это доступный и простой метод бетонирования при низких температурах. Составы делят на 2 группы:

1. Тормозящие процесс кристаллизации воды. Составы содержат компоненты, которые обеспечивают полимеризацию раствора в холод.
2. Ускоряющие затвердевание. Используя эти компоненты, строители сокращают время затвердевания бетона.

Как правило, противоморозные компоненты составляют 2-10% от цементной основы. Их использование делает возможным осуществление работы при температуре -25 °C.

Среди наиболее распространённых противоморозных добавок:

• углекислый калий (поташ). Свою популярность этот компонент приобрел за счёт того, что не провоцирует образования ржавчины на металлических конструкциях. Процесс полимеризации продолжается даже при температуре -25 °C. Использование поташа гарантирует отсутствие соляных следов. Однако углекислый калий имеет свою особенность – смесь быстро схватывается. Так что рекомендуется использовать раствор не позже, чем через 50 минут с момента приготовления;
• нитрит натрия. Этот модификатор даёт возможность проводить строительные работы при температуре до -19 °C, а также наделяет антикоррозийными свойствами. Однако использование этого компонента приводит к появлению солевых следов на готовом изделии;
• хлорид кальция. Способствует застыванию бетона, даже если на улице -20 °C, а также увеличивает скорость схватывания смеси. В силу своей природы, состав может оставлять соляные разводы на застывшем бетоне.

Особенности заливки бетона при разных погодных условиях

Заливка бетона в жаркую погоду

Заливка бетона в палящий зной станет настоящим испытанием для тех, кто любит медлить.

• обязательное использование гидроизоляции. Даже если она не требуется в силу погодных условий, её наличие не позволит влаге просачиваться в грунт;
• большее количество сотрудников увеличит скорость выполнения работы и обеспечит качественное покрытие поверхности;
• отделка плиты двумя способами – с алюминиевой тёркой и стальным предметом, обеспечит качественное покрытие;
• чтобы получить немного дополнительного времени на выполнение работы, следует использовать более влажную смесь;
• следует приступать к увлажнению плиты сразу после того, как затвердела обработанная поверхность.

Работа в прохладное время года

При работе в морозную погоду бетон твердеет медленно. Когда плита будет уложена, нужно выждать не менее часа, прежде чем приступить к ручной затирке.

В силу того, что выполнение этого этапа требует большей скорости, чем те же самые действия в жаркий день, то необходимо следовать некоторым советам:

• не стоит увлажнять бетон больше, чем необходимо;
• если погодные условия не требуют использования полиэтиленовой гидроизоляции, стоит дать возможность влаге выйти в грунт. Это ускорит затвердевание бетона;
• следует заполнять участок смесью как можно раньше, это обеспечит более быструю готовность работы, так как днём температура воздуха более высокая, соответственно, смесь застывает быстрее.

Заливка бетона в холодную погоду

Заливка бетона при отрицательных температурах требует создания особых условий. Раствор не должен замерзать, иначе тонко отшлифованная поверхность плиты станет кашеобразной.

Чтобы обеспечить наиболее качественное покрытие при выполнении работ в холодную погоду, требуется запомнить некоторые особенности:

• следует попросить поставщика, чтобы он смешивал раствор тёплой водой в те дни, когда температура ниже точки замерзания. Это помогает избежать проблем при транспортировке смеси;
• добавление в состав смеси негашёной извести ускоряет первоначальное затвердевание бетона и позволит более стойко сопротивляться разрушающим факторам при оттаивании или замораживании. Количество извести обычно составляет 0,5 — 2% от массы смеси;
• важно помнить о том, что использование большого количества смеси также проблематично, как и работа в жаркую погоду. Добавление извести делает состав агрессивным по отношению к стали, этот компонент нельзя использовать при работе с бетоном, усиленном стальными конструкциями;
• следует убедиться в том, что подушка из щебня не замёрзла;
• необходимо обеспечить дополнительный обогрев здания, в котором ведутся работы;
• покрыть готовую плиту полиэтиленом и накрыть слоем сена или соломы, толщиной более 100 мм, чтобы обеспечить теплоизоляцию.

Рекомендации при зимнем бетонировании

В силу своего химического состава, бетон при минусовой температуре не способен сохранить хорошее качество.

При желании совершить укладку смеси в холод, следует придерживаться некоторых правил:

• необходимо подготовить вспомогательные конструкции. Требуется очистить опалубку от льда и осадков и разогреть арматурные конструкции и дно до достижения требуемой температуры. Для этого потребуются обогревательные элементы;
• использование плиточного фундамента. Это делает невозможным поддержание необходимой температуры в ледяной холод. Опытные строители заливают такой тип основания только при показателях ртутного столба выше 0°C или небольших заморозках;
• применение ленточного фундамента в качестве основания. В силу возможности поэтапного выполнения работы, такой вариант наиболее приемлем для возведения жилья в холодную погоду. Лучше создавать обогревательные комплексы для застывания бетона на определённых участках;
• непрерывность работы. Если фундамент необходимо заливать частями, каждую последующую локацию необходимо заполнить до того, как схватиться первая;
• совмещение методов. Практика показывает, что лучшего результата удаётся достичь при использовании нескольких методов зимнего бетонирования.

Даже несмотря на всю доступность стройки в морозное время года, необходимо помнить о том, что это влечёт за собой лишние затраты времени, денег и сил. Поэтому лучше заливать бетон в тёплое время года.

Температурный режим при заливке бетона

Чтобы готовое изделие из бетона, после заливки, набрало необходимую проектную прочность и прослужило долгие годы, необходимо соблюдать температурный режим во время твердения. Оптимальная температура для твердения бетона +20С, при которой бетон набирает прочность за 28 суток. Но что делать, если вы заливаете фундамент осенью, когда температура воздуха чуть выше нуля? Современные технологии позволяют справиться с этой проблемой. Более того, при соблюдении определённых мер, бетонные работы можно производить даже зимой.

Процесс набора прочности бетонных конструкций

Чтобы ответить на вопрос: «При какой температуре можно заливать бетон?», необходимо понять, что происходит с бетоном во время твердения. После приготовления бетонной смеси в ней начинает происходить химическая реакция между водой и цементом. Этот процесс называют гидратацией цемента, которая проходит две стадии:

• схватывание
• твердение

При схватывании в реакции участвуют алюминаты (С3А). В результате образуются иглообразные кристаллы, которые связываются между собой. Спустя 6 — 10 часов из этих кристаллов образуется подобие скелета.

С этого момента начинается твердение бетона. Здесь уже вступают в реакцию с водой клинкерные минералы (C3S и C2S) и начинает формироваться силикатная структура. В результате этой реакции образуются мелкие кристаллы, которые объединяются в мелкопористую структуру, что по сути и является бетоном.

Влияние отрицательной температуры на твердение бетона

Скорость течения гидратации сильно зависит от температуры. Снижение температуры с +20С до +5С увеличивает время твердения бетона до 5 раз. Но особенно резко замедляется реакция при дальнейшем снижении до 0С. А при отрицательной температуре гидратация прекращается, т.к. вода замерзает. Как известно, вода при замерзании расширяется. Это приводит к увеличению давления внутри бетонной смеси и разрушению сформировавшихся связей кристаллов. Как следствие происходит разрушение структуры бетона. Также образовавшийся лёд обволакивает крупные элементы заполнителей смеси (щебень, арматуру), разрушая их связи между цементным тестом. Это приводит к ухудшению монолитности конструкции.

При оттаивании воды процесс твердения возобновляется, но уже при деформированной структуре бетона. Что может привести не только к отслоению арматуры и больших элементов заполнителя бетонной смеси, но и к трещинам. Естественно, прочность такой бетонной конструкции будет гораздо меньше расчетной.

Следует заметить, что чем раньше бетон подвергся замораживанию, тем меньше будет его прочность.

Бетонирование зимой

Так как низкая температура значительно снижает скорость твердения, а мороз губительно сказывается на конструкции в целом, значит бетон надо согреть. Причем необходимо обеспечить равномерный прогрев. Минимальная температура для заливки бетона должна быть выше +5С. Если температура внутри смеси будет больше температуры снаружи смеси, то это может привести к деформации конструкции и образованию трещин. Прогревают бетон до момента набора критической прочности. При отсутствии данных в проектной документации о значении критической прочности она должна быть не менее 70% от проектной прочности. Если установлены требования по показателям морозостойкости и водонепроницаемости, то критическая прочность должна быть не менее 85% от проектной.

При заливке бетона в минусовую температуру используют разные технологии прогрева бетона. Чаще всего применяют способы:

• Термоса
• Электронагрева
• Паропрогрева

Метод термоса

Данный метод используется при массивных конструкциях. Он не требует дополнительного обогрева, но температура укладываемой смеси должна быть более +10С. Суть данного метода состоит в том, чтобы уложенная смесь, остывая, успела набрать критическую прочность. Химическая реакция твердения бетона является экзотермической, т.е. выделяется тепло. Поэтому, бетонная смесь подогревает сама себя. При отсутствии теплопотерь бетон может разогреться до температуры более 70С. Если опалубку и открытые поверхности защитить теплоизолирующим материалом, снизив таким образом теплопотери твердеющего бетона, вода не замерзнет и бетонная конструкция будет набирать прочность.

Для реализации метода термоса не требуется дополнительного оборудования, поэтому он является экономичным и простым.

Электронагрев бетонной смеси

Если в установленные сроки нельзя обеспечить набор критической прочности методом термоса, то прибегают к электронагреву. Разделяют три основных способа:

• прогрев электродами
• индукционный нагрев
• использование электронагревательных приборов

Способ прогрева электродами заключается в следующем, в свежеуложенную смесь вводят электроды и подают на них ток. При протекании электрического тока электроды нагреваются и обогревают бетон. Следует отметить, что ток должен быть переменным, т.к. при постоянном токе происходит электролиз воды с выделением газа. Этот газ экранирует поверхность электродов, сопротивление тока возрастает и нагрев существенно снижается. Если в конструкции используется железная арматура, то её можно использовать в качестве одного из электродов. Важно обеспечить равномерность прогрева бетона, и осуществлять контроль температуры. Она не должна превышать 60С.

Расход электроэнергии при данном способе варьируется в пределах 80 – 100 кВт*ч на 1 м3 бетона.

Индукционный прогрев используется редко, в силу сложности реализации. Он основан на принципе бесконтактного нагрева электропроводящих материалов токами высокой частоты. Вокруг стальной арматуры обматывают изолированный провод и пропускают через него ток. В результате появляется индукция и происходит нагрев арматуры.

Расход энергии при индукционном прогреве составляет 120 – 150 кВт*ч на 1 м3 бетона.

Ещё один из способов электронагрева бетона – это применение электронагревательных приборов. Существуют греющие маты, которые раскладываются на поверхности бетона и включаются в сеть. Так же можно соорудить над бетоном подобие палатки и уже внутри поставить электронагревательные приборы, например тепловую пушку. Но в данном случае необходимо позаботиться об удержании влаги в бетоне, не допустить преждевременного высыхания.

При температуре окружающего воздуха -20С расход электроэнергии, при данном методе, будет составлять 100 — 120 кВт*ч на 1 м3 бетона.

Паропрогрев бетона

Прогрев бетона паром является весьма эффективным и рекомендуется для тонкостенных конструкций. С внутренней стороны опалубки создаются каналы, через которые пропускают пар. Можно сделать двойную опалубку и пропускать пар между её стенками. Так же можно проложить трубы внутри бетона, и пропускать пар по ним. Бетон этим способом нагревают до 50 – 80С. Такая температура и благоприятная влажность ускоряет твердение бетона в несколько раз. Например, за двое суток, при данном методе, бетон набирает такую же прочность как при недельном твердении в нормальных условиях.

Но у этого метода есть существенный недостаток. Требуются внушительные затраты на его организацию.

Использование присадок

Ещё одним способом зимнего бетонирования является использование химических ускорителей твердения и противоморозных добавок. К ним относятся хлористые соли, нитрит натрия, карбонат кальция и др. Эти добавки понижают температуру замерзания воды и ускоряют гидратацию цемента. Их использование позволяет обойтись без прогрева бетона. Некоторые добавки повышают морозостойкость бетона, тем самым гидратация происходит даже при -20С.

Использование присадок обладает рядом недостатков. Их наличие в смеси пагубно сказывается на арматуре, начинается процесс коррозии. Поэтому использовать их можно только в неармированной конструкции. Также, при использовании противоморозных добавок, в зимний период, бетон наберёт прочность не более 30%. При наступлении плюсовой температуры произойдет оттаивание и дальнейший процесс набора прочности. Поэтому в бетоне, работающем при динамических нагрузках (фундамент под вибростанки, молоты и т.д.), использовать добавки нельзя.

Бетонирование в условиях сухого жаркого климата

Наряду с холодом бетон боится жары. Если температура окружающего воздуха превышает 35С и влажность менее 50%, то это способствует повышенному испарению воды из бетонной смеси. В результате водноцементный баланс нарушается и процесс гидратации замедляется или вовсе прекращается. Поэтому необходимо применять определённые меры по защите смеси от потери влаги. Можно понизить температуру свежеприготовленной смеси, если использовать охлаждённую воду, либо разбавить воду льдом. Этот нехитрый способ позволит избежать значительной потери воды при укладке смеси. Но через некоторое время смесь нагреется, поэтому следует позаботиться о дальнейшей герметичности конструкции. Опалубка должна быть герметичной, чтобы избежать потерь влаги через трещины. Впитывающую поверхность опалубки необходимо обработать специальным составом, ограничивающим сцепку с бетоном и поглощение влаги из него.

Необходимо оградить твердеющий бетон от воздействия прямых солнечных лучей. Для этого поверхность бетона укрывают мешковиной или брезентом. Через каждые 3 — 4 часа необходимо производить смачивание поверхности. Причём период увлажнения может достигать 28 суток, т.е. до полного набора прочности.

Одним из способов защиты при дефиците воды является возведение над поверхностью бетонной конструкции воздухонепроницаемого колпака из плёнки ПВХ толщиной не менее 0,2 мм.

Заключение

При +20С бетон набирает прочность за 28 суток. Бетонная смесь, без использования методов нагрева или охлаждения, твердеет при температуре от +5С до +35С. Но время набора проектной прочности будет разным. Чем выше температура смеси, тем быстрее она твердеет. Для заливки бетона выходящего за рамки указанной температуры, необходимо использовать определённые методы.

При отрицательных температурах надо прибегать к методам нагрева на протяжении всего срока набора критической прочности. Необходимо чтобы нагрев смеси был равномерным, без больших перепадов температуры в центре и на периферии. Так же необходимо осуществлять постоянный контроль за температурой.

Если же температура выше +35С, то необходимо принимать меры по охлаждению смеси в момент приготовления, транспортировки и укладки. Это делается для предотвращения потери воды и, как следствие, нарушению водноцементного баланса, что негативно сказывается на прочности бетонной конструкции. После укладки необходимо либо увлажнять бетон, либо обеспечить герметичность конструкции.

Особенности заливки бетона при низких температурах

Благоприятный температурный режим для укладки готового раствора от +15 до +25°C. При данных показателях смесь хорошо схватывается, затвердевает и быстро набирает необходимую прочность. В условиях мороза работа с материалом затруднена, но заливка бетона при низкой температуре возможна, если знать особенности процесса и соблюдать определенные методики.

Влияние низкой температуры на затвердевание бетона

Функцию растворителя в бетонной смеси выполняет вода. Под влиянием минусовых температур она замерзает и переходит в твердое состояние. Это приводит к увеличению объема влаги на 7–10% и возникновению чрезмерного давления внутри конструкции.

Если бетонный раствор еще не набрал требуемую прочность, а процесс твердения нарушен, негативные последствия неизбежны. Они проявляются в виде трещин различного размера и сколов.

Ситуация значительно ухудшается, если в процессе армирования применялся каркас из стали. В таком случае замерзание начинается с зон соприкосновения раствора с металлическими прутками. Следствие — нарушение целостности всего каркаса конструкции.

Кроме того, если неправильно заливать бетон при низких температурах, снижаются его показатели морозостойкости и водонепроницаемости.

Методы бетонирования при минусовой температуре воздуха

Главное требование при работе с бетоном зимой — поддержание температуры, сохраняющей технические характеристики материала. Проще говоря, нужны такие условия, при которых раствор не будет замерзать. Для создания благоприятного температурного режима существует три способа. Рассмотрим их.

Повышение показателей температуры при замесе

Изготовление смеси при температурах ниже нуля подразумевает использование прогретых наполнителей и горячей воды. Способ подходит только для замеса раствора в бетономешалке, так как при ручном перемешивании компоненты быстро остывают.

Составляющие прогреваются с помощью специальной печи. Если ее нет, вполне подойдет небольшая тепловая пушка или электрообогреватели с функцией обдува. Чтобы получить нужный результат, придерживаются следующих этапов:

1. В автобетономешалку заливается вода, нагретая до 90°C.
2. Оставшиеся компоненты разогреваются до 60°C и закладываются в воду.
3. К полученной смеси добавляется цемент комнатной температуры (максимум 30–35°C).

Застывание бетона при низких температурах замедляется в 2 раза. Чтобы ускорить процесс, необходимо увеличить время замеса на 30–50%. Это поможет активизировать реакции, улучшить схватываемость и скрепляющие свойства материала. При укладке показатели раствора не должны быть ниже, чем 35–38°C.

Установка тепловых шатров

Методика подразумевает строительство временных тепляков вокруг забетонированной площадки. Конструкция возводится из дерева и укрывается теплоизоляционными материалами. Например, брезентом. Для поддержания необходимого теплового режима используются электрокалориферы или нагреватели воздуха. Процесс застывания ускоряется, но способ достаточно затратный.

Использование морозостойких добавок

Введение специальных присадок в раствор — самый легкий и экономичный способ. Добавки различаются по характеристикам и делятся на два вида:

1. Для понижения температуры замерзания жидкости. Раствор будет долго застывать, но свойства бетона в таком случае не ухудшатся. Обусловлено это тем, что присадка предотвращает замерзание жидкости и образование ледяных кристаллов. Для ускорения реакции в смесь вводят теплоизоляционные компоненты — поташ, соль натрия и фосфат кальция.
2. Ускоряющие твердение бетона при низких температурах воздуха. Добавки этой группы ускоряют процесс набирания материалом необходимой прочности, вследствие чего жидкость не успевает превратиться в лед. Для приготовления состава используют азотнокислый кальций, поташ, а также мочевину в сочетании с фосфатами кальция.

Количество вводимых присадок напрямую зависит от климатических условий. От -5 до -100°С дозировка составляет 5–8% от общей массы цемента. Если показатель снижается до -15°С, норму на куб бетона увеличивают в среднем на 8-10%. От -160°С потребуется ввести не меньше 15% добавок.

Обратите внимание: выбирая цемент для укладки в условиях отрицательных температур, отдавайте предпочтение высокой марке. Чем она выше, тем лучше показатели схватывания бетона.

Общие рекомендации

Кроме того, что при работе с бетоном в морозы требуется обогрев, есть еще масса нюансов, которые необходимо учитывать.

1. При устройстве плитного фундамента тщательно подготавливают опалубку. Сначала с конструкции удаляется снег и образовавшаяся наледь. После этого устанавливается тепловое оборудование, прогревается дно и арматура, а затем заливается смесь. Это ускорит схватывание бетона при низких температурах воздуха.
2. Работы выполняются непрерывно. Частичная заливка, как правило, приводит к неравномерному распределению слоя и снижению прочности всей конструкции.
3. Если заказывается машина бетона с доставкой, нужно точно рассчитать требуемый объем. При неверных подсчетах придется делать дозаказ, а это большая потеря времени.
4. Перед укладкой раствора в подготовленную опалубку проверяются показатели его температуры. Оптимальный вариант 35–38°C. Если цифры будут выше, то время затвердевания увеличивается, вода в растворе замерзает, качество бетона значительно падает.
5. При работе с ленточными видами фундамента сначала прогревается часть траншеи, в которую сразу же заливается раствор. Сверху укладывается теплоизоляционный материал. Такая последовательность соблюдается до окончания устройства конструкции.

Многие при обогреве раствора переживают из-за финансовых затрат. Волнения вполне понятны, однако стоит учитывать, что некачественный бетон будет значительно снижать прочность всей возведенной конструкции. Лучше вложить финансы в качественное строительство один раз, чем во время эксплуатации здания постоянно заниматься ремонтом.

Смотрите также:

сколько стоит куб бетона для фундамента

стоимость цемента м500

машина песка цена

оптимальный диапазон в различное время года

Прочность фундамента строения определяется качеством раствора, соблюдением последовательности его укладки и погодными условиями в конкретной местности. Поэтому необходимо выяснить, при какой температуре можно заливать бетон в теплый и холодный сезон.

Особенности набора прочности бетонными конструкциями

Чтобы уточнить, при какой температуре воздуха можно заливать цементную смесь, нужно разобраться с процессом отвердевания. В готовом растворе происходит реакция между компонентами цемента и воды – гидратация. Процесс протекает в два этапа:

• схватывание при участии алюминатов СЗА. Внутри бетона генерируются кристаллы-иголки, связывающиеся друг с другом. Через 6-10 часов образуется своеобразный скелет смеси;
• твердение с участием клинкерных минералов C3S и C2S. Во время твердения бетона формируется силикатная мелкопористая масса из мелких кристаллов.

Интересно знать! При низких температурах вода в фундаменте становится льдом, что приводит к окончанию твердения и схватывания.

Опасность влияния минусовых температур на состояние смеси

Скорость реакций гидратации и набора прочности бетоном привязаны к температуре окружающей среды. При ее понижении с +20 до +5 градусов время твердения увеличивается в 5 раз. Процесс застывания проходит еще медленнее, если на улице похолодало до нуля.

Замерзание воды при отрицательной температуре приводит к ее расширению. Далее происходит повышение давления внутри смеси, которое становится причиной распада кристаллической решетки. Последствие реакции – разрушение фундамента и ухудшение свойств монолитности из-за обволакивания льдом заполнителей.

Важно! После оттаивания жидкости процесс отвердевания восстанавливается, но качество бетона будет хуже – арматура отслаивается, а монолит растрескивается.

Какая температура воздуха является приемлемой для раствора?

Специалисты выяснили, при какой оптимальной температуре воздуха следует и можно заливать готовый бетон. Работы по строительству фундамента лучше проводить в промежутке от +5 до +15°. Уличный температурный режим в пределах от +5 до минус 3° предусматривает, что свежеуложенный бетон марки М200 весом 240 г/м³ должен быть не ниже +5 градусов.

На заметку! При использовании меньшего количества цемента оптимальная внутренняя температура состава равняется  +10°.

Показатели морозостойкости различных марок бетона

Чтобы выяснить, до какой самой низкой минусовой температуры на улице можно строить фундамент и заливать бетон, необходимо разобраться в его морозостойкости. Данная характеристика влияет на количество циклов заморозки и оттаивания смеси без потери ею не более 5 % прочности.

ГОСТом 10060-2012 регламентированы 5 групп морозостойкости производимых марок бетона:

• F50 – низкая устойчивость к замерзанию свойственна смесям М100 и М150, поэтому их применяют для внутренних работ;
• F100 – марки бетона М200 и М250 отличаются нормальной устойчивостью, но подходят только для строительства домов в теплом или умеренном климате;
• F150-300 – составы с маркировкой М300, М350 и М400 актуальны при постоянных низких температурах и на почвах с большой глубиной промерзания;
• F300-500 – такой показатель морозустойчивости у марок М450, М500, М550 и М600, рекомендованных для работ в условиях северных областей.

Важно! Составы F500-1000 не используются для частного строительства, они подходят только для промышленных зданий, исследовательских и военных комплексов.

Технология и особенности заливки в осеннее время

При какой средней летней температуре начинать строительство? Теплое время года – от +15 до +30 градусов подходит для строительных работ. Заливка бетона летом допустима. Единственное условие – защита свежеуложенного монолита от дождя.

Выбор подходящего времени

В осеннее время погода отличается непредсказуемостью, поэтому важно знать, при какой температуре можно заливать бетон осенью.

Оптимальная температура воздуха составляет от +20 до +5°, поэтому начинать устройство основания рекомендуется в сентябре-октябре до заморозков. В процессе обустройства фундамента важно учитывать, до какой отметки на градуснике нужно выполнить работы перед похолоданием. Она должна равняться +10 градусов по Цельсию. Бетонная масса набирает прочность на протяжении 1 месяца. Перед заморозками рекомендуется сделать укрытие, а в первые двое суток – защитить смесь пленкой от дождя.

Совет! Перед тем, как заливать фундамент осенью, посмотрите прогноз погоды.

Факторы, влияющие на схватывание теста в осенний период

Заливка монолита будет качественной, если учесть несколько моментов:

• температура воздуха. При каких показателях температуры можно заливать бетон осенью, чтобы начать строить дом? Нормальный показатель – плюс 16°. В этот период раствор затвердевает медленно, что обеспечивает качество постройки. Заморозки припадают на конец октября, поэтому лучше заняться строительством в середине сентября;
• характеристики влажности. Сырая погода и влажный грунт способствуют процессу отвердевания. Свежеуложенный раствор не нужно регулярно сбрызгивать водой, а медленное высыхание обеспечивает повышение прочности;
• наличие осадков. Если вы разобрались, при каких оптимальных температурах можно заливать основание, то нужно учесть и наличие дождя. Переувлажнение монолита приводит к вымыванию цементного молочка;
• уровень грунтовых вод. На болотистых участках осенью меньше воды, что позволяет сделать свайное основание. Проверить, поднялась ли вода, можно путем выкапывания траншеи. Если в ней поднялась вода, фундамент заливать нельзя.

Важно! При несоответствии хотя бы одного фактора конструкция потеряет прочность.

Процесс работ в зимнее время

Основное условие, при котором получится уложить бетон зимой, – температура на улице до -3 градусов. В условиях ее понижения есть риски перемерзания цементного теста. Если вам интересно, при каких максимально низких наружных температурах допустимо заливать бетон с обогревом, то эта величина – от +5 градусов.

Строительная практика отмечает две технологии работ  – использование морозостойких составов и искусственное повышение устойчивости теста к холодам.

Правильный замес смеси

Цемент марки М400 в морозных условиях набирает более 30 % своей максимальной прочности.

Раствор готовится в стандартных пропорциях:

• 1 часть цемента;
• 2,5 части песка;
• 8-10 частей воды.

При известковании количество компонентов изменяется:

• 1 часть цемента;
• 2,5-4 части песка;
• 1,3:10 извести;
• 8-10 частей воды.

Для приготовления марки бетона М400 также используют пластификаторы и антифризы.

Прогрев цементного теста

При какой минимальной температуре можно заливать бетон с подогревом монолита, вы уже разобрались. Строители рекомендуют в процессе замеса повышать и температуру раствора до 35-40 ° путем разогрева воды до 90 °,  щебня и песка – до 60 °. Сухой цемент не греют, а оставляют в помещении до набора комнатной температуры.

Вода прогревается в железной емкости, а добавки при помощи обдува воздухом. Для этого внутрь кучек стройматериалов от печи протягивается трубопровод. Укладку после нагрева осуществляют за один раз, подавая смесь непрерывно.

Совет! Если организуется доставка бетона на объект в зимнюю погоду, уточните, прогревает ли поставщик материал в специальной печи.

Можно ли искусственно повысить морозостойкость раствора?

Чтобы ускорить работы и предотвратить деструкцию фундамента допускается использовать антиморозные средства, выполнять прогрев бетона или его утепление.

Виды добавок

При соблюдении дозировок специальных продуктов легко предусмотреть, при какой предельной отрицательной температуре заканчивать стройку. Допустимо продолжать работы до -25 градусов. Средства классифицируются в зависимости от воздействия на смесь.

Присадки

Специальные жидкие продукты для гидратации раствора в условиях минусовой температуры. Используются вместе с подогревом для ускорения реакций отвердевания и схватывания.

Антифризы

Средства, повышающие активность цементного теста в любых условиях:

• поташ или вещества на основе солей монокарбоновых кислот. Повышают температурный диапазон работы с бетонным составом до -30 градусов, ускоряют отвердевание состава. Армирующий каркас не подвергается коррозии, на поверхности монолита нет высолов;
• хлорид натрия – используется для пластификации смеси из портландцемента, исключает загустение. Стальная арматура может ржаветь;
• нитрит натрия – подходит для всех типов цементов, кроме глиноземных. После добавления продукта со смесью можно работать при низких температурах, но до -15 градусов;
• формиат натрия – предусматривает использование пластификаторов. Без них в монолите из-за скопления солей появляются пустоты.

На заметку! Антифризы исключают нагревание конструкции.

Ускорители схватывания

Отличаются быстрым выделением теплоты, поэтому температура воды остается стабильной и монолит греется сам.

Важно! При несоблюдении дозировки веществ есть риски коррозии армирующего каркаса.

Способы подогрева

Прогрев бетона актуален, если требует залить фундамент малоэтажного здания. Если интересуетесь, до какой максимальной отметки можно повысить температуру, этот показатель составляет 15-20 градусов. Антифризовые смеси начинают вводить при температуре от -15 градусов. Сейчас мы кратко будем рассматривать варианты электрообогрева бетона:

• по всей площади строения устанавливается каркас из деревянного бруса, на котором организуется пленочный шатер. Внутри конструкции устанавливаются пушки на газе или электричестве. После подъема температуры устройства поддерживают ее на протяжении цикла застывания бетона;
• обмотка армирующего каркаса греющим кабелем до того, как вы начнете заливать фундамент. Электрика включается в сети после укладки смеси. Помимо кабеля можно использовать нихромовые спирали или ТЭНы.

Важно! В условиях сильных холодов и промерзания грунтов методика неэффективна.

Особенности укрытия и утепления

Используя этот способ, по достижению 3-х – 7-ми градусной уличной температуры можно заливать бетон.

Чтобы защитить свежеуложенный бетон в условиях заморозков, организуется специальное укрытие. Закрыть будущий фундамент утеплителем можно так:

1. Заливка раствора в опалубку и его контроль до момента схватывания.
2. Засыпка в ленту смоченных водой опилок слоем на 20 см.
3. Закрытие материала отрезом пленки шириной 1,5 м.
4. Укладка сухих опилок – слой 50 см.
5. Фундаменты для столбов засыпают сухой листвой и накрывают полиэтиленом.

На заметку! Сухой материал защитит монолитное основание от холода, а влажный – исключит его перегревание.

Выполнение утепления опалубки

Укладка утеплителя актуальна, если прогревался свежеуложенный бетон. Технология теплоизоляции опалубки имеет несколько особенностей:

• начало работ до заморозков;
• укладка рулонного или пленочного теплоизолятора на поверхность опалубки;
• выполнение электрического обогрева – возводится шатер и устанавливаются пушки;
• прикрытие бетонной смеси после заливки опилками, соломой, пенополистиролом.

Совет! Прикрывайте все выступающие части монолитной конструкции.

Перед строительством монолитного основания нужно учитывать, при какой минимальной температуре без рисков можно заливать бетон осенью или зимой. В случаях ее понижения можно перенести сроки работ или осуществить подогрев конструкции. Использование антиморозных добавок, применение электрического оборудования или теплоизоляции допускается, когда нет возможности отсрочить заливку.

Рекомендуем посмотреть видео по теме

Бетонирование при отрицательных температурах

Проектная прочность изделия из бетонной смеси достигается при соблюдении режима заливки. Для бетонных работ при отрицательных температурах воздуха разработаны специальные рекомендации, соблюдение которых исключит отрицательные последствия эксплуатации готовой конструкции.

Влияние температуры на твердение бетона

После добавления воды в песчано-цементную смесь компоненты взаимодействуют между собой. Гидратация с образованием алюминатов происходит на начальной стадии. В результате образуются кристаллы, которые спустя 6-10 часов приобретают каркасную структуру. На стадии твердения состава в реакцию с водой вступают клинкерные компоненты, которые формируют силикатную структуру из мелких кристаллов.

Укладка бетона при низких температурах требует учета скорости застывания состава. При +17ºC процесс замедляется, а +5,2ºC — прекращается, а 0ºC — образуется лед.

Физический процесс образования льда приводит к разрыхлению внутренней структуры бетона, потере плотности. Целостность заливки поддерживается визуально за счет смерзшейся влаги. Если до этого момента набрана критическая прочность бетона, то после потепления он достигнет проектного показателя.

Для нормального протекания реакции требуется поддержание температурного режима около +20ºC в течение 28 суток. Предотвратить интенсивное испарение воды после укладки можно с помощью гидроизоляционного слоя. Для каждой марки бетонной смеси установлены допустимые пределы.

Методики бетонирования в зимних условиях

После заливки бетона при низком температурном градиенте рекомендуется принять комплекс эффективных мер, препятствующих замерзанию воды.

• электрический подогрев уложенной смеси;
• утепление опалубки;
• холодное бетонирование без прогрева с использованием химических присадок;
• изготовление состава из заранее подогретых компонентов.

Каждый способ характеризуется преимуществами, имеет рациональное применение, которое определяется наличием энергоресурсов, объемом возводимой конструкции. Определяющим фактором бетонирования при отрицательных температурах являются климатические условия.

Повышение температуры в процессе замеса

Укладывать подогретый бетон при отрицательных температурах можно с соблюдением технологии укладки. Она предусматривает заливку нагретого состава в утепленную опалубку. Этот тип бетонирования требует правильного выбора марки цемента.

Замес, в который вводятся наполнители, прогретые потоком горячего воздуха, доводят до температуры не ниже +85ºC. Технология приготовления предусматривает соблюдение алгоритма действий, которые обеспечат качество заливки.

Чтобы бетон набрал проектную прочность, следует сохранять температурный режим. Для этого залитый раствор накрывают матами, пленкой. Эффективным способом длительного сохранения тепла является использование опалубки из прессованного пенополистирола. Экструзионный материал после застывания не снимают, он становится частью конструкции и дополнительной теплоизоляцией.

Подогрев и утепление раствора

Создать условия для кристаллизации бетона при отрицательной температуре внешней среды помогает электрический ток. Уложенный раствор греют с использованием специальных металлических пластин или стержней, погруженных в смесь. Техническими нормами предусмотрены периферийные и сквозные способы электрического нагрева. По окончании нагрева электроды становятся частью конструкции.

Вода, находящаяся в бетоне, замыкает цепь, и за счет сопротивления энергия преобразуется в тепло. При подогреве этим способом рассчитывают, сколько времени потребуется для достижения критической прочности состава. Методика ускоряет кристаллизацию бетона, применяется для конструкций без армирования.

В частном строительстве рекомендуется прокладка по внутренней стороне опалубки согревающих кабелей. Периферийный нагрев осуществляется с помощью греющей опалубки. Одновременно устанавливают термоизоляционный слой для сохранения тепла.

Минусом пассивного нагрева является высокая вероятность пересушить бетон. Подогрев бетонной массы требует круглосуточного контроля, чтобы исключить повышение температуры свыше +30ºC. Применение греющих технологий требует расчетов.

В зимнем строительстве применяются греющие инфракрасные маты. Они состоят из водоустойчивой оболочки, нагревательного элемента и изоляционного слоя. Согревающие маты равномерно распределяют температурное поле внутри конструкции и на расстоянии до 19,5 см. Их можно применять при заливке бетона зимой с внешней температурой до -20ºC.

Благоприятные условия для набора проектной прочности состава создают путем постройки временных тепляков. Такая конструкция состоит из прочного каркаса, обшитого фанерой или обтянутого пленкой.

Внутреннее пространство нагревается с помощью калориферов, портативных горелок, инфракрасных приборов. Микроклимат в сооружении следует постоянно контролировать. Разогретые воздушные потоки интенсивно забирают влагу из раствора, поэтому поверхность периодически увлажняют теплой водой и накрывают полиэтиленовой пленкой.

Введение добавок

Бетонирование при отрицательных температурах может выполняться без подогрева. Для лучшего застывания в состав смеси вводятся добавки. Этот метод сочетается с внешней и внутренней тепловой обработкой.

Насыщение раствора химическими присадками сочетают с сооружением теплоизоляционной оболочки на выступающих частях конструкции.

В состав бетонных смесей, заливаемых при низкой температуре, добавляют вещества, которые обладают такими свойствами:

• понижают точку замерзания;
• ускоряют твердение.

Соединения составляют 2-10% массы цементного порошка. Количество добавок рассчитывают с учетом ожидаемой температуры кристаллизации бетонной смеси. Применение химических соединений позволяет бетонировать при температуре до -25ºC.

Этот способ применяется при появлении одиночных заморозков, если отсутствуют альтернативные варианты.

Для зимнего бетонирования используют:

• углекислый калий;
• нитрит натрия;
• формиат натрия;
• хлористый натрий;
• хлорид кальция.

При отрицательных температурах внешней среды в бетон вводят присадки, снижающие расход воды. Это регулирует образование льда в твердеющих составах, сохраняет условия, необходимые для гидратации. В присутствии добавок вода не замерзает и взаимодействует с цементом.

Смеси приготовляются с соблюдением технологии. Сначала присадка перемешивается с частью воды, а затем вводятся цемент и вода с добавками. Для каждой добавки существуют нормы расхода, установленные экспериментально.

При недостаточном количестве присадки бетон может замерзнуть, а при избытке замедляется твердение, и повышается стоимость. Бетон, залитый с применением методики холодной укладки, обладает сниженным параметром морозостойкости, водопроницаемости, склонен к усадке.

Общие рекомендации при заливке

Бетонные работы своими руками рекомендуется выполнять при благоприятных условиях. Перед тем как залить бетон при минусовой температуре, следует ознакомиться с метеорологическим прогнозом. Комплекс мероприятий следует начинать при +9,5ºC при условии отсутствия понижения в ближайшие 27 суток.

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.

Укладка (заливка) бетона при высокой и низкой температуре

Уход за бетоном и температура Температура свежеприготовленной бетонной смеси не должна превышать 30 °C. При бетонировании при среднесуточной температуре воздуха от + 5°C до — 3°C, температура бетонной смеси при массе цемента более 240 кг /м3  (марка бетона М200 и выше) должна быть не менее +5°C, а при меньшем количестве цемента не менее +10°C. Безопасное бетонирование при температуре воздуха менее — 3°C  и однократное замораживание  бетона и его оттаивание возможно только тогда, когда температуру бетонной смеси как минимум в течение 3 дней поддерживалась на уровне не ниже + 10 °C Бетонирование при низкой тепрературе При низкой температуре наблюдается замедление схватывания и нарастания прочности бетона. При среднесуточной температуре + 5 °C требуется в два раза больше времени, чтобы бетон достиг такой же прочности, как при температуре +20 °C. При температуре, близкой к температуре замерзания, набор прочности бетона практически прекращается. Если свежий бетон замерзает, то его структура может  разрушиться.  Неиспользованная при гидратации цемента избыточная вода образует в твердеющем  бетоне систему капиллярных пор. При воздействии мороза вода, находящаяся в порах, полностью или частично замерзает, а образуемый в результате замерзания лед оказывает давление на стенки пор, которые могут привести к разрушению их структуры. Замерзание бетона в раннем возрасте влечет за собой значительное понижение его прочности после оттаивания и в процессе дальнейшего твердения по сравнению с нормально твердевшим бетоном. Это происходит из-за разрыва кристаллами льда связей между поверхностью зернистого заполнителя и цементным клеем (цементным камнем). Устойчивости свежеуложенного бетона к замерзанию можно добиться специальным составом бетонной смеси и требуемыми сроками твердения бетона при положительной температуре. Время твердения бетона, необходимое для достижения достаточной стойкости к замерзанию (директива RILEM)

Температура бетона (среднесуточная температура) Класс прочности цемента 5 °C 12 °C 20 °C   Необходимое время твердения (дни) для достижения устойчивости к замерзанию бетона с водоцементным отношением 0,60  М400 Д20 32,5Н (32,5N) 5 3 ½ 2 32,5R (быстротвердеющий) 2 1 ½ 1 42,5N 2 1 ½ 1 45,5R(быстротвердеющий) ¾ ½ ½

Время твердения бетона, необходимое для достижения достаточной стойкости к замерзанию (Адаптировано с упрощением из таблицы №6 СНиП 3.03.01-87)

Класс (марка) бетона Прочность бетона монолитных конструкций к моменту замерзания, % Количество суток выдержки бетона при температуре бетона     +5°C +10°C В7,5-В10 (М100) 50 14 10 В12,5-В25 (M150 – М350) 40 9 6 В30 (М400) и выше 30 6 4 Бетон в водонасыщенным состоянии с попеременными циклами замораживания 70 25 20 Бетон с противоморозными добавками, рассчитанными на определенную температуру 20 4 3

К эффективным мерам для производства работ по бетонированию принизких температурах относятся: использование цемента с быстрым набором прочности (литера “R”  в классе прочности), повышение содержания цемента в бетонной смеси, снижение водоцементного отношения, предварительный подогрев заполнителей (до + 35°C) и воды (до + 70°C) для бетонной смеси [таблица 6 СНиП 3.03.01-87] , использование противоморозных и воздухововлекающих добавок. При применении подогрева бетона нельзя нагревать его до температур выше +30°C. При применении горячей воды с температурой до + 70°C ее предварительно следует смешать с зернистым заполнителем (до введения цемента в бетонную смесь), чтобы не «запарить» цемент. Для этого соблюдают следующую очередность загрузки материалов в бетоносмеситель: одновременно с заполнителем подают основную часть нагретой воды,  после нескольких оборотов подают цемент и заливают остальную часть воды, продолжительность перемешивания увеличивают в 1,25 -1,5 раза по сравнению с летними нормами для получения более однородной смеси (минимум 1,5 — 2 минуты),  продолжительность вибрирования бетонной смеси увеличивают в 1,25 раза. При предварительном разогреве бетонной смеси, а также при применении бетона с противоморозными добавками допускается укладывать смесь на неотогретое непучинистое основание (песчаную подушку) или старый бетон, если по расчету в зоне контакта на протяжении расчетного периода выдерживания бетона не произойдет его замерзания [пункт 2.56  СНиП 3.03.01-87].  После укладки бетона и вибрирования, его необходимо укрыть полимерной пленкой и теплоизолирующими материалами (в том числе возможно использование снега), чтобы сохранить выделяющееся тепло при гидратации цемента (на протяжении 3-7 суток в нормальных условиях).  При морозах следует построить над фундаментом парник и подогревать его. Для самодеятельных дачных строителей без опыта можно рекомендовать придерживаться следующего правила: производить бетонные работы при ожидаемых среднесуточных температурах в пределах 28 суток от момента заливки фундамента ниже +5°C не рекомендуется. Также следует помнить, что не допускается оставлять малозаглубленные (незаглубленные) фундаменты незагруженными на зимний период. Если это условие по каким-либо обстоятельствам оказывается невыполнимым, вокруг фунда­ментов следует устраивать временно теплоизоляционные покрытия из опилок, шлака, керамзита, шлаковаты, соломы и других материалов, предохраняющих грунт от промерзания [пункт 6.6 ВСН 29-85]. Выпуски арматуры забетонированных конструкций должны быть укрыты или утеплены на высоту (длину) не менее чем 0,5 м.

Бетонирование при высокой температуре Повышение температуры бетона активизирует взаимодействие воды и цемента и ускоряет твердение бетона. С другой стороны, избыточный нагрев бетонной смеси  приводит к расширению, которое фиксируется при схватывании бетона и твердении цементного камня. В дальнейшем, при охлаждении бетон сжимается, однако возникшая структура препятствует этому, и в бетоне возникают остаточные напряжения и деформации. Обычно бетон сильнее нагревается с поверхности, поэтому и избыточное напряжение в первую очередь возникает у его поверхности, где могут образовываться трещины. Критический период времени, когда в бетоне образуются усадочные трещины, часто начинается через час после приготовления бетонной смеси и может продолжаться от 4 до 16 часов. (Усадка пористых ячеистых бетонов протекает по другим механизмам). При прогнозируемой среднесуточной температуре воздуха выше + 25°C и относительной влажности воздуха менее 50%  для бетонирования рекомендуется использовать быстротвердеющие портландцементы, марка которых должна превышать марочную прочность бетона не менее чем в 1,5 раза.  Для бетонов класса В22,5 и выше допускается применять цементы, марка которых превышает марочную прочность бетона менее чем в 1,5 раза при условии применения пластифицированных портландцементов или введения пластифицирующих добавок [пункт 2.63 СНиП 3.03.01-87].  Либо использовать добавки, замедляющие сроки твердения бетона. Также разумным может быть укладка бетона в утреннее, вечернее или ночное время при падении температуры воздуха и исключения воздействия на бетонную смесь солнечных лучей. При бетонировании температура поверхности бетона не должна превышать + 30 +35°C. При появлении на поверхности уложенного бетона трещин вследствие пластической усадки допускается его повторное поверхностное вибрирование не позднее чем через 0,5-1 ч после окончания укладки.  В особых случаях для охлаждения бетона можно использовать чешуйчатый лед. Свежеуложенную бетонную смесь надо защищать от обезвоживания из-за воздействия температуры воздуха, солнечных лучей и ветра. После набора бетоном прочности 0,5 МПа, уход за бетоном должен заключаться в обеспечении постоянного влажного состояния поверхности путем устройства влагоемкого покрытия и его постоянного увлажнения, выдерживания открытых поверхностей бетона под слоем воды или  непрерывного распыления влаги над поверхностью конструкций с помощью распылителя для газонов или перфорированного шланга. При этом только периодический полив водой открытых поверхностей твердеющих бетонных и железобетонных конструкций не допускается. Во избежание возможного возникновения термонапряженного состояния в монолитных конструкциях при прямом воздействии солнечных лучей свежеуложенный бетон следует защищать отражающей (фольгированной) полимерной пленкой или бумагой в комбинации с теплоизолирующими материалами. При использовании деревянной опалубки, ее также нужно постоянно поливать водой. Особенно актуальны меры по охлаждению твердеющего бетона при минимальном размере сечения фундаментной ленты 80 см и более. В этом случае при гидратации выделяется слишком много тепла и перегрев бетона и последующее образование трещин возможно даже при обычных температурных условиях.

Просмотры из расчета и экспериментального исследования

Состояние окружающей среды влияет на свойства строительных материалов. Это исследование дает начальное представление о гидратации портландцемента при низких температурах с точки зрения лабораторных экспериментов (включая электрическое сопротивление, степень гидратации (DoH) и зрелость), а также термодинамических расчетов. Гидраты портландцемента в указанный период были обнаружены с помощью дифракции рентгеновских лучей (XRD), а их микроструктура наблюдалась с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM).Результат эксперимента (т.е. DoH и удельное электрическое сопротивление) показал, что гидратация портландцемента задерживалась низкой температурой без остановки гидратации при -5 ° C. Основываясь на базовой кинетической модели, термодинамический расчет предсказал, что конечный гидрат отличается в зависимости от температуры окружающей среды. Тенденция к механическому поведению портландцементной пасты под воздействием низких температур потенциально связана с появлением алюминатных соединений и восстановлением портландита.

1.Введение

Температура влияет на характеристики портландцемента, который является наиболее широко используемым материалом в строительстве инфраструктуры [1]. Между тем матрица цементного вяжущего играет очень важную роль в композитах на основе портландцемента (то есть пастах, растворах, бетоне, стабилизированном камне и обработанных грунтах). Характеристики затвердевшего портландцемента (например, механическое поведение и долговечность) тесно связаны с химической гидратацией и твердением в раннем возрасте, в то время как взаимосвязь между процессами гидратации, производимыми гидратами, микроструктурой и механическим поведением была доказана в предыдущих исследованиях [2– 5].В течение срока службы инфраструктуры материалы на основе цемента должны сталкиваться с жесткими условиями окружающей среды, такими как сверхнизкие температуры [6–8]. В этих условиях механические свойства (например, прочность на сжатие, прочность на изгиб, модуль упругости и коэффициент Пуассона) затвердевшего портландцементного бетона будут улучшены сверхнизкой температурой, например, -70 ~ -10 ° C [7].

Иными словами, если материалы на основе цемента (пасты, растворы, бетон и т. Д.) Будут подвергаться воздействию низких температур, особенно отрицательной температуры (<0 ° C) во время начальной стадии гидратации, гидратация цемента будет сильно затронута [9–11] .В этом случае гидратированные продукты, фазовая конверсия, например, из эттрингита (AFt) в моносульфат (AFm), и поры раствора будут подвергаться воздействию низких температур [5, 12]. В некоторых ограниченных условиях матрица может быть даже повреждена. Таким образом, в раннем возрасте следует применять стратегии, чтобы избежать повреждения матрикса в холодную погоду [13, 14]. С этой целью было проведено множество исследований по изучению гидратации портландцемента при низких температурах [10, 11, 15–18], хотя до сих пор отсутствует глубокое понимание влияния низких температур на характеристики гидратации и твердения цемента. .

Лучшее понимание гидратации портландцемента может полностью улучшить характеристики цементных композитов при низких температурах, особенно для применения в холодном климате. Таким образом, это исследование направлено на изучение процесса гидратации портландцемента, включая гидраты, микроструктуры и эволюцию механического поведения. Чтобы лучше понять влияние низких температур на процесс гидратации, также используется термодинамический подход для расчета гидратов портландцементного теста.По сути, это исследование дает базовые знания о процессе гидратации портландцемента при низких температурах как часть систематического исследования.

2. Экспериментальная программа

2.1. Сырье

В данном исследовании использовался типичный коммерческий обычный портландцемент (OPC, производимый Jidong Cement Plant, Сиань, Китай) с оксидными компонентами, подробно описанными в Таблице 1 (PO42.5). Следует отметить, что оксидные компоненты, измеренные здесь с помощью XRF, не отражали реальный компонент в портландцементе из-за замены 5 ~ 10% наполнителя в клинкерах.Минеральные фазы в OPC (с помощью XRD) и гранулометрический состав показаны на рисунке 1. Технические свойства PO42.5, использованного в этом исследовании (предоставлены производителем), следующие: удельная поверхность (по Блейну) = 360 м 2. ² / кг, плотность = 3,02 г / см ³ , время начального схватывания = 2,8 часа и время окончательного схватывания = 4,7 часа.

Оксид Na 2 O MgO Al 2 O 3 SiO 2 P 2 O 5 SO 3 K 2 O CaO TiO 2 MnO Fe 2 O 3 CuO ZnO Rb 2 O SrO BaO PbO Cr 2 O 3 PO42.5 0,30 1,30 5,20 18,00 0,05 3,00 1,10 65,80 0,40 0,07 4,80 0,02 0,10 0,00 0,09 0,0 0,02 0,00

, полученные методом рентгеновской флуоресценции (XRF).

2.2. Методы и инструменты

2.2.1. Лабораторные эксперименты

Цементные пасты были смешаны в соответствии с ASTM C305-14 [20], а затем перенесены в формы (40 × 40 × 160 мм) или пластиковые контейнеры; после этого они были отверждены в камерах при -5 ° C, 0 ° C, 5 ° C, 8 ° C и 20 ° C (относительная влажность = 90%). Следует отметить, что перед смешиванием сырья (например, портландцемента и воды) формы и чаши следует предварительно охладить в камерах, соответствующих температуре их последующего отверждения. Например, если образец пасты будет отверждаться при 0 ° C, воду, цемент, чаши и формы следует предварительно охладить при температуре 0 ° C в течение двух часов, пока их поверхность не достигнет 0 ° C.В экспериментальном исследовании водоцементное (в / ц) отношение образцов призм для измерения прочности было установлено равным 0,45, в то время как в / ц пасты, хранящейся в герметичных пластиковых контейнерах, было задано равным 0,5 для завершения реакции.

Пасты в контейнере обрабатывали в соответствии с методом замены растворителей (изопропанолом) [21], а затем измеряли с помощью XRD (Bruker, D8 Advanced, Cu-K α ) и SEM (Hitachi, S4800).

Чтобы описать процесс гидратации портландцементных паст, в этом исследовании были измерены степень гидратации (DoH), зрелость и удельное электрическое сопротивление.DoH паст портландцемента определяли как (1) на основе модели Пауэрса [22], где DoH — степень гидратации (% по весу), — начальная масса образца, предварительно обработанного в муфельной печи (6 часов) при 105 °. C — конечная масса образца, нагретого до 950 ° C.

Удельное электрическое сопротивление цементного теста может быть использовано для анализа процесса гидратации цемента [19]. Таким образом, кривая удельного сопротивления во время начальной гидратации портландцемента была обнаружена с помощью CCR-II (производства BC Tech, г. Шэньчжэнь, Китай).Оборудование и образец показаны на рисунке 2. Чтобы предотвратить испарение влаги и колебания температуры, на тестовой плате была установлена ​​пластиковая крышка, а температура контролировалась кондиционером (общая температура) или камерой (более низкие температуры).

Зрелость рассчитывалась по следующему уравнению [10, 11, 23]: где — зрелость портландцементной пасты, — температура образца (° C), измеренная CCR-II (подробно описанная выше), или температура отверждения. (-5 ° C, 0 ° C, 5 ° C, 8 ° C и 20 ° C), является базовой температурой (-10 ° C, как правило), и представляет собой временной интервал на стадии отверждения (h).

2.2.2. Термодинамический расчет

Критерии минимизации свободной энергии Гиббса использовались для расчета равновесных фазовых ассоциаций и ионного состава химических систем, таких как паста портландцемента. Моделирование и программное обеспечение были подробно описаны в нашем предыдущем исследовании [18], в котором GEMS-PSI (программное обеспечение) и CEMDATA7.1 (база данных) использовались для расчета гидратов OPC. Следует отметить, что в этом исследовании основная кинетическая функция [24] гидратации портландцемента была модифицирована константой равновесия раствора [18, 25].В термодинамическом моделировании входные данные включали следующее: C ₂ S = 11,1 г / 100 г, C ₃ S = 62,9 г / 100 г, C ₃ A = 6,0 г / 100 г, C ₄ AF = 11,5 г / 100 г, гипс = 4,6 г / 100 г, K ₂ O = 1,1 г / 100 г и Na ₂ O = 0,3 г / 100 г. Кроме того, 10000 дней были адаптированы как окончательный срок гидратации в моделировании. Теоретический расчет термодинамики может дать более глубокое объяснение механического поведения.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Электрическое сопротивление в раннем возрасте

На рисунке 3 показана кривая удельного сопротивления портландцемента во время гидратации. После смешивания с водой ионы (например, Ca ²⁺ , K ⁺ , Na ⁺ , OH ^— и) растворяются в воде, образуя электролитический раствор [26], и затем гидраты будут расходуют ионы в растворе или занимают пространство раствора; таким образом, удельное сопротивление пасты можно использовать для наблюдения за стадиями гидратации во время гидратации.Сообщается, что гидратацию цемента можно разделить на пять стадий: (1) стадия растворения; (2) этап динамического равновесия; (3) этап настройки; (4) стадия закалки; 5) стадия замедления твердения [19]. Основываясь на предыдущем исследовании [19], кривая удельного сопротивления и дифференциального удельного сопротивления может хорошо указать начальное и окончательное время схватывания. На рисунке 3 нормализованные данные удельного сопротивления показывают очевидное дно, которое соответствует началу начальной настройки. Кроме того, начальное положение стадии замедления затвердевания может быть подтверждено в верхней части кривой дифференциального электрического сопротивления.Кривые на рисунке 3 показывают, что данные по температуре и удельному сопротивлению хорошо согласуются друг с другом. Следовательно, данные о температуре при измерении CCR-II также можно рассматривать для описания гидратации цемента. Этот вывод является основой для адаптации температурных данных образца при расчете зрелости ниже.

На рисунке 4 представлены нормированные данные удельного сопротивления портландцементных паст при температуре 8 ° C (рисунок 4 (a)) и 20 ° C (рисунок 4 (b)). На кривых можно отметить две важные характеристики: (i) низкая температура (8 ° C) задерживает нижнюю часть (начальное положение времени схватывания) нормализованной кривой удельного сопротивления; (ii) начальный график нормализованной кривой удельного сопротивления при низкой температуре (8 ° C) был ниже, чем при общих условиях (20 ° C).Они происходят из-за того, что скорость химической реакции снижается при низких температурах.

(а) 8 ° C
(б) Комнатная температура
(а) 8 ° C
(б) Комнатная температура

3.2. Температура образца и проявление зрелости

Изменение температуры также регистрировалось датчиками (см. Рисунок 2 (b)), как показано на рисунке 4. При более низкой температуре отверждения (8 ° C) температура образца увеличивалась из-за химической реакции в пасте и затем уменьшилось из-за более прохладной окружающей среды снаружи.При комнатной температуре температура образца продолжала расти, при этом температура образца в меньшей степени зависела от удельного электрического сопротивления пасты.

На рис. 5 показана зрелость, рассчитанная на основе температуры отверждения / образца с помощью (2). Рисунок 5 (а) представляет собой идеальную кривую зрелости, рассчитанную по температуре отверждения, а рисунок 5 (б) показывает зрелость, рассчитанную по температуре образца (см. (2)). Считается, что механическое поведение композитов на цементной основе сильно зависит от зрелости [10].В этом смысле рис. 5 может служить доказательством задержки силы в предыдущих исследованиях [17, 18].

(a) Температура окружающей среды
(b) Температура образца
(a) Температура окружающей среды
(b) Температура образца

3.3. Степень гидратации

Степень гидратации (DoH) зависит от процесса реакции цементного теста; следовательно, DoH цементного теста, отвержденного при более низких температурах, был измерен на основе модели Пауэрса и показан на Рисунке 6.По истечении времени отверждения DoH цемента с той же температурой отверждения увеличивается, в то время как более высокая скорость гидратации достигается при более высоких температурах. Возьмем, к примеру, -5 ° C, его DoH после 90 дней составлял 63,2%, что намного ниже, чем у обычного состояния (91,9% при 20 ° C). Этот результат согласуется с выводом отчета FHWA [23]. Между тем, эксперимент показывает, что портландцемент все еще может гидратироваться при -5 ° C; например, DoH для OPC при -5 ° C составляли 16,7%, 25,5%, 47,4%, 55,3%, 61,9% и 63,2% после 1, 3, 7, 28, 60 и 90 дней соответственно.Этот результат объясняет медленное достижение прочности цементных паст, выдержанных при отрицательных температурах.

3.4. XRD-анализ

На рисунке 7 показан XRD-анализ гидратов портландцемента при различных температурах (1 d). Видно, что пик портландита (Ca (OH) ₂ ) отличается температурой отверждения. До -5 ° C не было явного пика портландита, и отчетливо прослеживалась минеральная фаза (1 г). Не было пиков AFt через 1 день для паст, отвержденных при -5, 0, 5 и 8 ° C.

3.5. SEM

Микроструктура гидратированной пасты представлена ​​на рисунке 8. Согласно DoH, приведенному выше, портландцемент меньше гидратировался при температуре ниже –5 ° C; таким образом, разделенные частицы на Фигуре 8 (а) могут быть объяснены тем, что твердое вещество не связывается с другими. При других температурах отверждение паст зависело от температуры отверждения. Если сфокусировать внимание на гидратах, на Рисунке 8 (b) (0 ° C) было несколько отдельных частиц, а на Рисунке 8 (c) (5 ° C) было немного негидратированных частиц.Если температура отверждения была выше 8 ° C, на изображениях SEM можно было наблюдать меньше негидратированных частиц (см. Рисунки 8 (d) и 8 (e)). Принимая во внимание DoH (47,4%) портландцемента, отвержденного при -5 ° C за 7 дней, цемент должен образовывать некоторое количество гидратов для связывания частиц в пасте; однако DoH этого образца (-5 ° C, 7 дней) был точно таким же, как у образца, отвержденного при 20 ° C за 1 день (46,7%, см. Рисунок 4). На этом уровне DoH частицы в пасте не реагировали, связываясь с другими. Фактически, портландцемент только что завершил межфазную реакцию и достиг контролируемой диффузией гидратации [27] на этом уровне DoH, в то время как промежутки между частицами не были заполнены гидратами.При увеличении DoH (т.е. связанном с температурой) промежутки между гидратами будут заполняться, а затем связываться друг с другом. Здесь не следует игнорировать еще одну причину, по которой частицы цементного теста перемещались и разделялись льдом, образовавшимся при -5 ° C (отрицательные температуры).

4. Термодинамический расчет гидратации портландцемента при низкой температуре

4.1. Гидратация портландцемента в течение времени отверждения

Термодинамический расчет гидратации портландцемента был подтвержден рядом исследований.На рисунке 9 показано выделение гидратов при 20 ° C на основе термодинамического моделирования. Как показано на рисунке, гидраты увеличиваются со временем отверждения. Aft была преобразована в AFm через 1 день, а затем исчезла через 2 дня, а фаза C ₃ AH ₆ появилась через 3 дня. Этот результат расчета подтвержден нашими экспериментальными данными, поскольку о низкотемпературных эффектах сообщалось ранее. Окончательные гидраты могут быть изменены в пределах 0 ~ 10 ° C. Изменение минеральной фазы можно увидеть на Рисунке 10.

4.2. Взаимосвязь между прочностью, гидратами и температурой

Механическое поведение цементного теста в значительной степени связано с его гидратами. Например, связь между механическим поведением и содержанием CSH была доказана в нашем предыдущем исследовании [17]. На рисунке 10 показаны зависимости между температурой отверждения, прочностью на сжатие и объемной долей гидратов. Фракции гидратов были собраны из термодинамических расчетов (возраст = 10000 дней).

Прочность измерялась при температурах 0, 5, 8 и 20 ° C и более 3 дней, 7 дней и 28 дней. Можно видеть, что (1) содержание CSH не подвергалось значительному влиянию температуры отверждения сверх долгих сроков; (2) объемные доли AFt, AFm и портландита изменялись в зависимости от температуры отверждения; (3) длительная (28 дней) прочность показала слабую связь с содержанием CSH, но была сильно связана с AFt, AFm и портландитом при температуре 10 ° C. С уменьшением СН увеличивалась прочность на сжатие.Кроме того, AFm может улучшить механическую прочность портландцемента при низких температурах.

Это открытие было очень интересным, потому что мы всегда думали, что механическое поведение тесно связано с объемной долей CSH, но в этом исследовании, исходя из предпосылки различных температур раннего отверждения, мы обнаружили, что изменение механической прочности не имеет отношения к содержанию CSH. (прочность отличается при такой же / той же объемной доле CSH), но существенно связана с производимыми алюминатными гидратами и портландитом.Следует отметить, что приведенный выше вывод может быть не на 100% правильным, но мы хотели бы считать, что влияние температуры на раннее механическое поведение должно иметь более глубокое объяснение, термодинамически. Однако в будущем эти выводы потребуют дополнительных доказательств.

5. Резюме и выводы

Характеристики гидратации портландцемента (PO42.5) в раннем возрасте, включая электрическое сопротивление, изменение температуры, степень гидратации и фазовое развитие, наблюдались в лаборатории при температуре отверждения -5,0, 5, 8 и 20 ° C.Термодинамический расчет на основе программного обеспечения GEMS-PSI также использовался для объяснения и проверки экспериментальных результатов. Выводы можно сделать следующим образом: (1) низкие температуры (-5, 0, 5 и 8 ° C) снижали скорость гидратации, но не останавливали реакцию гидрата; кроме того, процесс гидратации остается неизменным. Основываясь на датчиках температуры CCR-II, зрелость может объяснить задержку гидратации. (2) Существовала линейная зависимость между DoH и температурой отверждения до 1–7 дней; однако точка останова появилась на 7–28 дней.В эксперименте предел разрушения появился при 5 ~ 8 ° C. Эта точка разрыва DoH очень похожа на точку фазового превращения в термодинамике (10 ° C). (3) Расчет показал, что раннее механическое поведение может иметь более глубокое объяснение с точки зрения термодинамики, где гидраты различаются при низких температурах. Исходя из предпосылки этого исследования (различная температура раннего отверждения), прочность на сжатие старых паст (28 дней) меньше связана с содержанием CSH, но тесно связана с алюминатными соединениями и портландитом.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить за финансовую поддержку Китайского фонда естественных наук (NSFC, № 51708045) и Национальной программы исследований и разработок в области ключевых технологий Китая (2014BAG05B04), а также выразить свою благодарность аспирантам. Юнвэй Лу и Вэньсю Цзяо за их помощников по экспериментам. Они также ценят обсуждение и комментарии экспертов Всемирной транспортной конвенции (WTC, Пекин, 2017), где данные этого исследования были первоначально частично представлены.Лабораторные эксперименты в рамках этого исследования проводились в Ключевой лаборатории дорожного строительства особого района Министерства энергетики Китая, а также в Центре анализа материалов Школы материаловедения и инженерии Университета Чанъань, а также в Центре наблюдения и испытаний минеральных ресурсов Сиань. , Министерство земель и ресурсов Китая. Они с благодарностью признают поддержку, сделавшую эти лаборатории и их работу возможными.

.

Факторы, влияющие на прочность бетона

Факторы, влияющие на прочность бетона

На прочность бетона влияет множество факторов, таких как качество сырья, соотношение вода / цемент, соотношение крупного и мелкого заполнителя, возраст бетона, уплотнение бетона, температура, относительная влажность и твердение бетона.

Качество сырья

Цемент: При условии, что цемент соответствует соответствующему стандарту и правильно хранился (т.е.е. в сухих условиях), он должен подходить для использования в бетоне.

Заполнители: Качество заполнителя, его размер, форма, текстура, прочность и т.д. определяют прочность бетона. Наличие солей (хлоридов и сульфатов), ила и глины также снижает прочность бетона.

Вода: часто качество воды оговаривается пунктом, в котором говорится: «.. вода должна быть пригодной для питья ..». Этот критерий, однако, не является абсолютным, и следует ссылаться на соответствующие нормативы для тестирования цели водного строительства.

Соотношение вода / цемент

Соотношение между водоцементным соотношением и прочностью бетона показано на графике, как показано ниже:

Чем выше соотношение вода / цемент, тем больше начальное расстояние между зернами цемента и тем больше объем остаточных пустот, не заполненных продуктами гидратации.

На графике отсутствует одна деталь. При заданном содержании цемента удобоукладываемость бетона снижается при уменьшении водоцементного отношения.Более низкое водоцементное соотношение означает меньше воды или больше цемента и меньшую удобоукладываемость.

Однако, если удобоукладываемость становится слишком низкой, бетон становится трудно уплотнять, и прочность снижается. Для данного набора материалов и условий окружающей среды прочность в любом возрасте зависит только от водоцементного отношения, при этом может быть достигнуто полное уплотнение.

Соотношение крупного и мелкого заполнителя

F Следует отметить следующие моменты для отношения крупного / мелкого заполнителя:

• Если доля мелких частиц увеличивается по отношению к крупному заполнителю, общая площадь поверхности заполнителя увеличивается.
• Если площадь поверхности заполнителя увеличилась, потребность в воде также увеличится.
• Предполагая, что потребность в воде увеличилась, водоцементный коэффициент увеличится.
• Поскольку водоцементное соотношение увеличилось, прочность на сжатие снизится.

Соотношение щебень / цемент

Следующие пункты должны быть отмечены для отношения цементного заполнителя:

• Если объем остается прежним, а пропорция цемента по отношению к песку увеличивается, площадь поверхности твердого тела увеличится.
• Если площадь поверхности твердых частиц увеличилась, потребность в воде останется прежней для обеспечения постоянной обрабатываемости.
• Если предположить увеличение содержания цемента без увеличения потребности в воде, водоцементное соотношение уменьшится.
• При уменьшении водоцементного отношения прочность бетона увеличивается.

Важно помнить о влиянии содержания цемента на удобоукладываемость и прочность, и его можно резюмировать следующим образом:

1. Для данной удобоукладываемости увеличение доли цемента в смеси мало влияет на потребность в воде и приводит к снижению водоцементного отношения.
2. Уменьшение водоцементного отношения приводит к увеличению прочности бетона.
3. Следовательно, для данной удобоукладываемости увеличение содержания цемента приводит к увеличению прочности бетона.

Возраст бетона

Степень гидратации является синонимом возраста бетона при условии, что бетон не высыхает или температура слишком низкая.

Теоретически, если бетону не дать высохнуть, оно всегда будет увеличиваться, хотя и со все меньшей скоростью.Для удобства и для большинства практических применений принято считать, что большая часть прочности достигается за 28 дней.

Уплотнение бетона

Любой воздух, захваченный в результате недостаточного уплотнения пластичного бетона, приведет к снижению прочности. Если в бетоне было 10% захваченного воздуха, прочность упадет в пределах от 30 до 40%.

Температура

Скорость реакции гидратации зависит от температуры.Если температура повышается, реакция также увеличивается. Это означает, что бетон, выдержанный при более высокой температуре, набирает прочность быстрее, чем аналогичный бетон, выдерживаемый при более низкой температуре.

Однако конечная прочность бетона при более высокой температуре будет ниже. Это связано с тем, что физическая форма затвердевшего цементного теста менее хорошо структурирована и более пористая, когда гидратация протекает с большей скоростью.

Это важный момент, о котором следует помнить, поскольку температура оказывает аналогичное, но более выраженное отрицательное влияние на проницаемость бетона.

Относительная влажность

Если дать бетону высохнуть, реакция гидратации прекратится. Реакция гидратации не может протекать без влаги. Три кривые показывают развитие прочности одинаковых бетонов в различных условиях.

Отверждение

Из того, что было сказано выше, должно быть ясно, что пагубные последствия хранения бетона в сухой среде могут быть уменьшены, если бетон должным образом отвержден для предотвращения чрезмерной потери влаги.

Подробнее:

Прочность бетонных кубов на сжатие, процедура, результаты

Испытания бетонных стержней на прочность — отбор проб и процедура

Неразрушающий контроль бетона и его методы

Влияние воздухововлекающего бетона на прочность бетона

Факторы, влияющие на реологические свойства свежего бетона

.

Время демонтажа бетонной опалубки, технические характеристики и расчеты

Удаление бетонной опалубки , также называемое зачисткой или снятием опалубки, должно выполняться только после того, как бетон наберет достаточную прочность, по крайней мере, вдвое превышающую нагрузку на которую бетон может подвергнуться воздействию при снятии опалубки. Также необходимо обеспечить устойчивость оставшейся опалубки при снятии опалубки.

Время снятия бетонной опалубки

Скорость затвердевания бетона или его прочность зависит от температуры и влияет на время снятия опалубки.Например, время, необходимое для снятия бетона зимой, будет больше, чем время, необходимое летом.

Особого внимания требует снятие из опалубки изгибаемых элементов, таких как балки и плиты. Поскольку эти элементы подвергаются самонагрузке, а также динамической нагрузке даже во время строительства, они могут прогибаться, если полученная прочность недостаточна для выдерживания нагрузок.

Для оценки прочности бетона перед снятием опалубки следует провести испытания бетонных кубов или цилиндров.Бетонные кубы или цилиндры должны быть приготовлены из той же смеси, что и конструкционные элементы, и отверждены при тех же условиях температуры и влажности, что и конструкционный элемент.

Только после подтверждения того, что бетон в конструктивных элементах приобрел достаточную прочность, чтобы выдерживать расчетную нагрузку, следует снимать опалубку. По возможности, опалубку следует оставить на более длительное время, так как это помогает в отверждении.

Снятие опалубки с бетонного участка не должно приводить к превращению элемента конструкции в:

• Обрушение под действием собственной или расчетной нагрузки
• чрезмерно прогибает элемент конструкции в краткосрочной или долгосрочной перспективе
• физически повредить элемент конструкции при снятии опалубки.

Во время снятия опалубки необходимо учитывать следующие моменты, независимо от того, подвержена ли конструкция:

• повреждения от замораживания и оттаивания
• Образование трещин из-за термического сжатия бетона после нанесения опалубки.

Если существует значительный риск любого из вышеперечисленных повреждений, лучше отложить время снятия опалубки. Если опалубку необходимо снять для оптимизации строительных работ по бетону, эти конструкции необходимо хорошо изолировать, чтобы предотвратить такие повреждения.

Расчет безопасного времени монтажа опалубки:

Элементы конструкции рассчитаны на расчетную нагрузку. Но до того, как конструкция будет завершена и подвергнется всем нагрузкам, принятым во время проектирования конструкции, элементы конструкции подвергаются собственному весу и нагрузкам конструкции в процессе строительства.

Итак, чтобы продолжить строительные работы более быстрыми темпами, необходимо рассчитать поведение конструкции при собственной нагрузке и нагрузке конструкции.Если это можно сделать и элемент конструкции окажется безопасным, опалубку можно будет снять.

Если эти расчеты невозможны, то для расчета безопасного времени забивания опалубки можно использовать следующую формулу:

Характеристическая прочность куба, равная зрелости конструкции, требуемой на момент снятия опалубки

Эта формула была дана Харрисоном (1995), в которой подробно описаны предпосылки для определения времени снятия опалубки.

Другой метод определения прочности бетонной конструкции — это проведение неразрушающих испытаний элемента конструкции.

Факторы, влияющие на сроки изготовления бетонной опалубки

Время схватывания бетонной опалубки зависит от прочности элемента конструкции. Развитие прочности бетонного элемента зависит от:

• Марка бетона — чем выше марка бетона, тем выше скорость набора прочности и, следовательно, бетон набирает прочность за более короткое время.
• Марка цемента — Чем выше марка цемента, тем выше прочность бетона за более короткое время.
• Тип цемента — Тип цемента влияет на рост прочности бетона. Например, быстротвердеющий цемент дает больший прирост прочности за более короткий период времени, чем обычный портландцемент. Низкотемпературному цементу требуется больше времени для достижения достаточной прочности, чем OPC.
• Температура — Более высокая температура бетона во время укладки позволяет достичь большей прочности в более короткие сроки.Зимой время набора прочности бетона увеличивается.
• Более высокая температура окружающей среды заставляет бетон быстрее набирать прочность.
• Опалубка помогает бетону изолировать его от окружающей среды, поэтому чем дольше опалубка остается в бетоне, тем меньше потери тепла при гидратации и тем выше скорость увеличения прочности.
• Размер бетонного элемента также влияет на увеличение прочности бетона. Элементы бетонного профиля большего размера набирают прочность за более короткое время, чем элементы меньшего размера.
• Ускоренное отверждение также является методом увеличения скорости набора прочности с применением тепла.

Обычно следующие значения прочности бетона принимаются во внимание при снятии опалубки для различных типов бетонных конструктивных элементов.

Таблица — 1: Прочность бетона в зависимости от типа и размера элемента конструкции для снятия опалубки

Прочность бетона	Тип и пролет конструктивного элемента
2.5 Н / мм 2	Боковые части опалубки для всех элементов конструкции снимаются
70% расчетной прочности	Внутренние части опалубки перекрытий и балок с пролетом до 6 м съемные
85% расчетной прочности	Внутренние части опалубки перекрытий и балок пролетом более 6 м могут сниматься

Таблица — 2: Время снятия опалубки (при использовании обычного портландцемента):

Тип опалубки	Время снятия опалубки
Стороны стен, колонны и вертикальные грани балки	от 24 часов до 48 часов (по решению инженера)
Плиты (стойки слева внизу)	3 дня
Балка перекрытия (стойки слева внизу)	7 дней
Удаление опор перекрытий:
i) перекрытия перекрытия до 4.5м	14 дней
ii) Плиты перекрытия более 4,5 м	14 дней
Снятие стоек для балок и арок
i) Пролет до 6 м	14 дней
ii) Пролет более 6 м	21 день

Важное примечание:

Важно отметить, что время снятия опалубки, указанное выше в Таблице 2, наступает только при использовании обычного портландцемента.В обычном процессе строительства используется цемент Portland Pozzolana. Итак, время, указанное в таблице 2, следует изменить.

Для цементов, кроме обычного портландцемента, время, необходимое для снятия опалубки, должно быть следующим:

• Portland Pozzolana Cement — время снятия изоляции будет 10/7 от времени, указанного выше (Таблица 2)
• Низкотемпературный цемент — время зачистки будет 10/7 от времени, указанного выше (Таблица-2)
• Быстротвердеющий цемент — время снятия 3/7 времени, указанного выше (Таблица 2), будет достаточным во всех случаях, за исключением вертикальных сторон плит, балок и колонн, которые должны оставаться не менее 24 часов.

Технические условия на снятие бетонной опалубки

При снятии опалубки необходимо учитывать следующие моменты:

• Опалубку нельзя снимать до тех пор, пока бетон не наберет достаточной прочности, чтобы выдержать все возложенные на него нагрузки. Время, необходимое для снятия опалубки, зависит от конструктивной функции элемента и скорости набора прочности бетона. Марка бетона, тип цемента, водоцементное соотношение, температура во время выдержки и т. Д.влияют на скорость набора прочности бетона.
• Детали опалубки и соединения должны быть расположены таким образом, чтобы облегчить и упростить снятие опалубки, предотвратить повреждение бетона и панелей опалубки, чтобы их можно было повторно использовать без значительного ремонта.
• Инженер должен контролировать процедуру снятия опалубки, чтобы обеспечить качество затвердевшего бетона в элементе конструкции, то есть в нем не должно быть или иметь минимальные дефекты отливки, такие как сотовые конструкции, дефекты размера и формы и т. Д.Эти дефекты в бетоне влияют на прочность и устойчивость конструкции. Таким образом, могут быть выполнены немедленные ремонтные работы или члены могут быть отклонены.
• Разделение форм не должно производиться прижиманием ломов к бетону. Это может повредить затвердевший бетон. Добиться этого следует с помощью деревянных клиньев.
• Нижние части балок и балок должны оставаться на месте до окончательного снятия всех опор под ними.
• Балочные формы должны быть спроектированы и удалены так, чтобы берега можно было временно удалить, чтобы можно было удалить балочные формы, но их нужно было сразу заменить.Борта и балки будут демонтированы, начиная с середины пролета элемента, продолжая симметрично вверх по опорам.
• Необходимо получить разрешение инженера на последовательность и схему снятия опалубки.

Артикул:

• ACI (1995) Методы оценки прочности бетона на месте. ACI 228.1R-95.
• ASTM (1987) Стандартная практика оценки прочности бетона по методу зрелости. ASTM C1074–87
• BS 8110 — Свод правил для конструкционного использования бетона
• IS-456 — Обычный и железобетонный — Свод практических правил

Часто задаваемые вопросы

Когда снимать опалубку?

Удаление бетонной опалубки , также называемое заделкой или снятием опалубки, должно выполняться только после того, как бетон наберет достаточную прочность, по крайней мере, в два раза превышающую напряжение, которому бетон может подвергаться при опалубке. удалены.Также необходимо обеспечить устойчивость оставшейся опалубки при снятии опалубки.

Какие факторы влияют на время схватывания бетона?

Срок изготовления бетонной опалубки зависит от прочности элементов конструкции. Развитие прочности бетонного элемента зависит от:
1. Марка бетона
2. Марка цемента
3. Типа цемента
3. Температура
4. Размер бетонного элемента
5. Ускоренное отверждение

Подробнее:

Виды опалубки (опалубки) для бетонных конструкций

Пластиковая опалубка для бетона — применение и преимущества в строительстве

Соображения при проектировании бетонной опалубки — основа для проектирования бетонной опалубки

Критерии проектирования деревянной бетонной опалубки с формулами расчета

Расчет нагрузки и давления на бетонную опалубку

Срок снятия бетонной опалубки, технические характеристики и расчеты

Обмер опалубки

Опалубка (опалубка) для различных элементов конструкции — балок, перекрытий и т. Д.

Контрольный список безопасных методов опалубки

.

Испытания затвердевшего бетона для проверки качества конструкции

Затвердевший бетон со временем набирает прочность, и испытания этого затвердевшего бетона для проверки качества важны для конструкций. Доступны различные типы испытаний для проверки обсуждаемых свойств затвердевшего бетона.

Свойства затвердевшего бетона

• Раннее изменение объема
• Свойства ползучести
• Проницаемость
• Соотношение напряжение-деформация

Раннее изменение объема (усадка) может привести к растрескиванию.Пластическая усадка происходит из-за потери воды из свежей пасты при испарении или из-за всасывания сухой поверхностью. Объем уменьшается до 1%, когда паста еще пластичная. Контроль потери воды может помочь предотвратить пластическую усадку бетона.

Сушка Усадка возникает из-за потери воды и / или охлаждения. 15-30% сухой усадки происходит в первые 2 недели, 65-85% в первый год. Усадка при высыхании может быть вызвана отсутствием затвердевания, высоким водоцементным соотношением, высоким содержанием цемента, низким содержанием крупного заполнителя и наличием стальной арматуры.Он зависит от размера и формы бетонной конструкции и может быть неоднородным из-за неравномерного водоотдачи.

Набухание может произойти, если бетон непрерывно выдерживать в воде после отстаивания. Его влияние относительно невелико и не вызывает серьезных проблем.

Отношение напряжения к деформации затвердевшего бетона показано на рисунке ниже:

Заполнитель и цементная паста по отдельности показывают линейную деформацию напряжения из-за микротрещин между поверхностью раздела заполнителя и цементного теста, но бетон является нелинейным.Для расчета конструкции нам необходимы прочность на сжатие (fc) и модуль упругости (E).

Испытания затвердевшего бетона

Испытания, проведенные на затвердевшем бетоне:

• Испытание на прочность при сжатии (наиболее распространенное) — DT
• Модуль упругости — NDT
• Испытание на разрывное растяжение — DT
• Испытание на прочность на изгиб — DT
• Испытание отбойным молотком — NDT
• Испытание на стойкость к проникновению — NDT
• Ультразвуковой тест скорости импульса — NDT
• Тест на зрелость — NDT

Испытание на прочность при сжатии (fc ’)

ASTM C39: Цилиндрический образец (6 дюймов.на 12 дюймов) используется для этого теста. Для бетона с нормальным весом: диапазон fc ’составляет от 21 МПа до 34 МПа (от 3000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм). Прочность на сжатие зависит от размера образца, более крупные образцы имеют большую вероятность для более слабых элементов, уменьшая прочность и имеют меньшую изменчивость и лучшее представление реального бетона.

Как происходит сбой?

Самым слабым местом затвердевшего бетона является граница раздела между цементным тестом и заполнителем

Модуль упругости — испытание в условиях окружающей среды затвердевшего бетона

ASTM C469 используется для определения модуля хорды.Для этого метода требуется 3-4 этапа загрузки. Используется тот же образец. Этот метод обеспечивает полезную связь с силой. Диапазон результатов испытаний составляет от 14 ГПа до 41 ГПа (от 2000 до 6000 фунтов на квадратный дюйм).

Коэффициент Пуассона определяется с использованием ASTM C469. Диапазон составляет от 0,11 до 0,21, в зависимости от заполнителя, влажности, возраста и прочности на сжатие.

Испытание на растяжение затвердевшего бетона

В этом испытании измеряется предел прочности бетона на разрыв (ASTM C496).Цилиндр подвергается сжимающей нагрузке по вертикальному диаметру с постоянной скоростью до усталости. Разрушение происходит по вертикальному диаметру из-за напряжения, развиваемого в поперечном направлении.

Разделенное натяжение рассчитывается как T = 2p / BLD

где:

T = предел прочности при растяжении, МПа (psi)

p = нагрузка при отказе, Н (фунт / кв. Дюйм)

L = длина образца, мм (дюйм)

D = диаметр образца, мм (дюйм)

Предел прочности на разрыв от 2.От 5 МПа до 31 МПа (от 360 фунтов на квадратный дюйм до 450 фунтов на квадратный дюйм), около 10% прочности на сжатие

Испытание на прочность на изгиб (ASTM C78) затвердевшего бетона

Этот тест используется для измерения модуля разрыва (MR). Это важное испытание для бетонных покрытий дорог и аэропортов. Образец балки квадратного х-сечения загружается в 3-точечный нагружающий аппарат.

Расчет модуля разрыва

Если трещина происходит в средней 1/3 пролета

R = PL / (шк ^ 2)

Где:

R = прочность на изгиб, МПа (фунт / кв. Дюйм)

P = максимальная прилагаемая нагрузка, Н (фунт)

L = длина пролета, мм (дюйм.0,5 (английские единицы)

Испытание отбойным молотком (испытание молотком Шмидта) на твердом бетоне

Это неразрушающий тест, проводимый на затвердевшем бетоне. Подпружиненная масса ударяется о поверхность бетона, и весы измеряют, насколько сильно эта масса отскакивает. Чем выше отскок, тем тверже поверхность бетона и тем выше его прочность.

Используйте прилагаемые графики калибровочной таблицы, чтобы связать отскок с силой. На образец проводят от 10 до 12 чтений.Тест используется для проверки однородности бетона .

Тест на сопротивление проникновению (тест Windsor Probe)

Это неразрушающий тест. Пистолетное устройство стреляет зондами в бетонную конструкцию. Он выполняется на каждом из трех отверстий в специальном шаблоне. Затем определяется средняя глубина. Глубина обратно пропорциональна силе. Он дает лучшую оценку, чем отбойный молоток.

Отбойный молоток тестирует только поверхность, в то время как тест сопротивления проникновению производит измерения в глубину образца

Проверка скорости ультразвукового импульса (ASTM C597)

Этот тест измеряет скорость ультразвуковой волны, проходящей через бетон.Расстояние между преобразователями / время пробега = средняя скорость распространения волны. Он используется для обнаружения несплошностей, трещин и внутренних повреждений в структуре бетона.

Тест зрелости (ASTM C1074)

Зрелость — это степень гидратации цемента, которая изменяется в зависимости от времени и температуры. Предполагается, что прочность зависит от зрелости конкретной бетонной смеси. Приборы используются для измерения температуры бетона во времени.

Испытание на проницаемость затвердевшего бетона

Этот тест влияет на прочность затвердевшего бетона и позволяет воде и химическим веществам проникать в его поверхность. Это вызывает снижение морозостойкости, реакционной способности щелочных агрегатов и других химикатов, коррозии стальной арматуры.

Воздушные пустоты, влияющие на проницаемость, возникают из-за неполного уплотнения свежего бетона, испарения воды для затворения, которая не используется для гидратации цемента. Увеличение водоцементного отношения оказывает сильное влияние на проницаемость.Другими факторами, влияющими на проницаемость, являются возраст бетона, крупность цементных частиц, воздухововлекающие добавки.

Свойства ползучести затвердевшего бетона

Ползучесть — это постепенное увеличение деформации со временем при длительной нагрузке. Это длительный процесс (несколько лет), который зависит от типа конструкции. Это вызывает повышенный прогиб и повышенное напряжение в стали, постепенную передачу нагрузки от бетона к стали и потерю некоторой части силы предварительного напряжения в предварительно напряженном бетоне.

.