Выделение тепла при застывании бетона
Обновлено: 17.05.2024
Выделение тепла при твердении цемента.
Твердение цемента сопровождается выделением тепла. Необходимо учитывать как абсолютное количество выделяющегося тепла, так и, ход процесса тепловыделения во времени. Если тепло выделяется очень медленно, то это обычно не вызывает вредных последствий. Если же этот процесс идет сравнительно быстро и тепловыделение значительно, то применять данный цемент для возведения массивных сооружений затруднительно.
Когда возводятся сооружения с небольшими поперечными сечениями, то выделяющееся при твердении тепло сравнительно быстро отдается в окружающее пространство и не вызывает значительного повышения температуры. В сооружениях же из массивного бетона (с большим поперечным сечением) это тепло сохраняется в глубине массива продолжительное время, что вызывает довольно большой подъем температуры и медленное ее падение. Это объясняется тем, что теплоотдача во внешнюю среду затруднена здесь значительной толщиной массива и быстрыми темпами бетонирования (механизированная укладка больших масс бетона). В результате между внутренними и наружными частями сооружения создается разность температур и возникают вредные внутренние напряжения, которые могут вызвать образование трещин в затвердевшем бетоне. Это ведет к нарушению его монолитности.
Чем быстрее гидратируется цемент, тем скорее и больше выделяется тепла. Цементы с высоким содержанием трехкальциевых силиката и алюмината выделяют больше тепла и скорее, чем цементы с высоким содержанием двухкальциевого силиката и четырехкальциевого алюмоферрита. Однако у последних прочность более низкая.
Повышенное содержание в клинкере стекловидной фазы увеличивает тепловыделение, так как у вещества в стекловидном состоянии запас энергии больше и скорость гидратации стекловидной фазы выше, чем у выкристаллизовавшихся соединении.
Для снижения температуры твердеющего массивного бетона наряду с применением низкотермичных цементов стремятся уменьшить расход цемента на 1 м 3 бетона; прибегают также к искусственному охлаждению укладываемого бетона.
Значительное выделение тепла при зимнем строительстве желательно, так как облегчает производство бетонных работ.
До какой температуры саморазогревается бетон при твердении?
До какой температуры саморазогревается обычный бетон на обычном цементе и сколько времени длится процесс с повышенной температурой?
Пользователь
Была ли полезна информация? да отчасти нет
Звание: Пользователь
23.04.12 12:05
Бетон может легко разогреться до 60 градусов через 24 часа и потом медленно отдавать тепло. Буду банальным но скажу что все зависит от цемента, его количества, температуры воздуха и массива конструктива.
Пользователь
Была ли полезна информация? да отчасти нет
Карма: 1039.2
Звание: Опытный
23.04.12 14:10
Да, встречал цифры 40-70 градусов.
Массив совершенно не большой, 20-50 мм, изделие имеет весьма большую поверхность, так что "теплового аккумулятора" не будет.
Пользователь
Была ли полезна информация? да отчасти нет
Карма: 1404.5
Звание: Опытный
Статус: премодерация
23.04.12 22:56
ничего себе не будет, если нет воздушных переходов между изделиями и они лежать через прокладке на друг друге накройте полителеном и у вас на следующее утро камни будут выподать из формы и в руки не возьмёш. Но это если речь идёт о поддоне изделий в формах.. На вибропрессованых, камни которые отпресованы часиков 6 назад, переукладывают на палет и потом обматывают стречем, я замерял внешнее тепло около 30-40 градусов а внутри гораздо больше.
Пользователь
Была ли полезна информация? да отчасти нет
Карма: 505.5
Звание: Опытный
29.04.12 14:26
По сути вопрос то не в том сколько джоулей теплоты вырабатывается в процессе гидратации, а в том какая у изделия тепло потеря. Проще говоря все зависит не столько от того сколько теплоты вырабатывает бетон, а в том как хорошо вы эту теплоту множите сохранить.
Пользователь
Была ли полезна информация? да отчасти нет
Звание: Пользователь
06.05.12 11:59
Из практики:
Бетонирование массивного фундамента примерно 400 м3 квадратного в плане и высотой 1,5-1,8 м. Закончили вечером, на ружная ночная температура 10 градусов мороза. Опалубка обычная для монолитов. Сверху укрыли пленкой и засыпали слоем опилок и песка 3-5 см. Днем бетон на ощупь был теплым где до 20 градусов.
Конечно же тут все зависит от температуры наружного воздуха, термосопротивления опалубка, расхода цемента и добавок и т.д. В теории индукционный период от3 до 12 часов и более опять же от добавок зависит. Потом экзотермия часов 10-12.
Выделение тепла при застывании бетона
РУКОВОДСТВО
ПО ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Руководство содержит основные положения по режимам тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий в заводских и полигонных условиях в различных тепловых установках, по назначению величины отпускной прочности бетона, по выбору цементов, а также указания по контролю тепловой обработки и прочности бетона. Руководство предназначено для инженерно-технических работников заводов железобетонных изделий, проектных и строительных организаций.
С опубликованием Руководства утрачивает силу "Инструкция по тепловой обработке паром бетонных и железобетонных изделий на заводах и полигонах" (Стройиздат, 1969).
ПРЕДИСЛОВИЕ
Руководство содержит указания по тепловой обработке изделий из тяжелых и легких бетонов массового производства, изготовляемых по различным технологическим схемам.
В Руководстве изложены рекомендации по наиболее эффективному применению цементов различных видов: даны указания по режимам тепловлажностной обработки в зависимости от ее способа (в камерах пропаривания, кассетах, термоформах).
Приведены особенности тепловлажностной обработки бетонов с химическими добавками (ускорителями твердения и пластификаторами); особенности режимов для бетонов, к которым предъявляются повышенные требования по морозостойкости и долговечности, а также предварительно напряженных изделий. Даны отличительные особенности тепловлажностной обработки изделий из легких бетонов на пористых заполнителях.
Приведенные в Руководстве таблицы помогут производственникам назначать оптимальные режимы не только в зависимости от марки цемента, бетона, длительности прогрева, но и учитывать последующий прирост его прочности в зависимости от сроков испытания образцов, что позволит экономить цемент при одновременном сокращении сроков тепловлажностной обработки.
В настоящем Руководстве приведены обоснования для назначения и обеспечения распалубочной, передаточной и отпускной прочности бетона в зависимости от сроков испытания контрольных образцов и температурно-влажностных условий последующего твердения изделий.
Руководство содержит сведения по контролю процесса тепловой обработки.
Руководство разработано научно-исследовательским институтом бетона и железобетона Госстроя СССР (д-р техн. наук С.А.Миронов, д-р техн. наук Л.А.Малинина, канд. техн. наук Е.Н.Малинский, инж. Н.Н.Куприянов, д-р техн. наук Г.И.Бердичевский, канд. техн. наук Н.А.Маркаров) и институтом ВНИИЖелезобетон МПСМ СССР (инж. Л.А.Кайсер, кандидаты техн. наук Р.С.Чехова, В.Г.Довжик, М.И.Бруссер).
1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
1.1. Настоящее Руководство предназначено для заводов и полигонов, изготовляющих бетонные и железобетонные изделия массового производства из бетонных смесей на плотных и пористых заполнителях на основе портландцементного клинкера, где в целях ускорения твердения бетона применяется тепловлажностная обработка изделий при температурах до 100 °С. Тепловая обработка может осуществляться в пропарочных камерах периодического и непрерывного действия, под переносными колпаками на стендах и других установках или в специальных термоформах, термопакетах, кассетах и т.п., обеспечивающих получение заданных условий твердения.
В качестве теплоносителя при непосредственном его контакте с бетоном изделия могут применяться насыщенный водяной пар или паровоздушная смесь, а при прогреве изделий в обогреваемых формах - водяной пар, горячий воздух и любые другие теплоносители, в том числе электронагреватели различных типов, обеспечивающие равномерность прогрева поверхностей формы.
Технология изготовления бетонных и железобетонных изделий должна отвечать требованиям СНиП, ГОСТ и ТУ.
При изготовлении специальных изделий и конструкций (например: виброгидропрессованные напорные трубы, массивные пролетные строения мостов, железнодорожные шпалы и др.) положения настоящего Руководства могут быть развиты и уточнены применительно к специальным технологическим приемам изготовления этих изделий в соответствующих нормативных или инструктивных документах.
2. ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА ПРИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2.1. Тепловая обработка сборных бетонных и железобетонных изделий производится при их изготовлении в целях ускорения твердения бетона и достижения им передаточной, распалубочной, отпускной, проектной прочности, обусловленной проектом, технологическими правилами производства, ГОСТами, Техническими условиями.
2.2. Под передаточной прочностью бетона изделий понимается нормируемая прочность бетона предварительно напряженных изделий к моменту передачи на него предварительного натяжения арматуры.
Величина передаточной прочности бетона регламентируется проектом, ГОСТом или Техническими условиями на данный вид изделий.
2.3. Под распалубочной прочностью бетона изделий понимается такая его минимальная прочность при сжатии, при которой возможны распалубка (выемка из форм) и безопасный внутризаводской транспорт изделий без их повреждения.
Величина распалубочной прочности, условия и сроки ее достижения устанавливаются для каждого вида изделий предприятием-изготовителем в соответствии с технологическими правилами производства.
2.4. Под отпускной прочностью бетона изделий понимается такая нормируемая прочность бетона, при которой изделие разрешается отпускать и отгружать с завода потребителю.
Величина отпускной прочности бетона изделий регламентируется ГОСТом на данный вид изделий, а при отсутствии ГОСТа или если ГОСТом величина отпускной прочности не регламентирована устанавливается предприятием-изготовителем по согласованию с потребителем и проектной организацией в соответствии с указаниями ГОСТ 13015-67*. При этом величина отпускной прочности указывается в согласительном протоколе сторон или в согласованных и утвержденных установленным порядков Технических условиях на данный вид изделий.
Условия и сроки достижения бетоном изделий отпускной прочности устанавливаются предприятием-изготовителем в соответствии с технологическими правилами производства и с соблюдением требований разд.3 настоящего Руководства.
2.5. Под проектной маркой бетона изделий понимается нормируемая прочность бетона в возрасте 28 суток или в другие сроки, при которой возможно загружать их полной проектной нагрузкой.
Проектная марка бетона изделий указывается в проекте, ГОСТах или Технических условиях на данный вид изделий и должна быть гарантированно достигнута в сроки, указанные в проектной документации, независимо от условий твердения бетона.
Если в проектной документации, ГОСТе или Технических условиях на изделия не указан срок достижения бетоном проектной марки, то таким сроком следует считать 28 суток со дня изготовления изделия.
2.6. Величина отпускной и передаточной прочности бетона изделий должна указываться в технической документации на изделия в процентах от величины проектной марки бетона изделий.
2.7. Проектирование составов бетона изделий, подвергаемых тепловлажностной обработке, может производиться теми же проверенными на практике способами, что и подбор составов бетона, твердеющего в нормальных условиях.
2.8. Режимы тепловлажностной обработки изделий должны быть направлены на достижение максимального ускорения твердения бетона при минимально возможных затратах энергетических ресурсов и цемента и при соблюдении требований к качеству и долговечности изделий.
2.9. Бетон изделий сразу после тепловлажностной обработки с общим циклом менее 7 ч в зависимости от ее длительности и отношения достигает лишь 30-60% проектной прочности и продолжает интенсивно твердеть в последующие 12-24 ч, находясь в цехе или на открытом воздухе (при температуре не ниже +10 °С), набирая 50-70% проектной прочности.
Учет последующего нарастания прочности бетона позволяет снизить или устранить перерасход цемента при одновременном сокращении цикла тепловлажностной обработки, что следует иметь в виду при проектировании состава бетона.
2.10. Расход цемента в изделиях сборного железобетона, подвергаемых тепловлажностной обработке, не должен превышать величин, регламентированных "Типовыми нормами расхода цемента в бетонах сборных бетонных и железобетонных изделий массового производства" (СН 386-68).
2.11. Прочность бетона после тепловлажностпой обработки определяется качеством цемента, составом бетона и режимом обработки.
Основное влияние на темп роста прочности тяжелого бетона и получаемую им прочность при тепловлажностной обработке оказывает водоцементное отношение. Величина удобоукладываемости бетонной смеси оказывает влияние только при применении высокоподвижных (ОК>8 см) или весьма жестких смесей (Ж>60 сек).
2.12. При применении одних и тех же цементов и составов бетона получаемая прочность и другие его физико-механические свойства в значительной мере зависят от правильности назначения и осуществления режима тепловлажностной обработки.
При назначении рациональных режимов тепловлажностной обработки изделий следует пользоваться указаниями настоящего Руководства.
3. ОТПУСКНАЯ ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА. НАЗНАЧЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ И СРОКОВ ЕЕ ДОСТИЖЕНИЯ
3.1. В соответствии с ГОСТ 13015-67* назначение величины отпускной прочности бетона производится с учетом условий транспортирования, монтажа и срока загружения изделий, а также с учетом технологии их изготовления и возможностей дальнейшего нарастания прочности бетона в изделиях в зависимости от климатических условий строительства и времени года.
При этом отпускная прочность бетона в процентах от его проектной марки должна быть не менее:
50% - в изделиях из тяжелого и легкого бетонов марок 150 и выше;
70% - в изделиях из тяжелого бетона марок 100 и ниже;
80% - в изделиях из легкого бетона марок 100 и ниже.
3.2. В целях экономии цемента, сокращения времени тепловой обработки, а также снижения общей стоимости изделий во всех случаях, когда это допустимо по условиям п.3.1, следует величину отпускной прочности назначать минимально возможной в пределах, допустимых ГОСТ 13015-67*.
3.3. Назначение отпускной прочности бетона сборных изделий, равной его проектной марке, допускается только в исключительных случаях, обусловленных следующими обстоятельствами, предусмотренными проектом организации работ или условиями эксплуатации изделий или сооружений:
если в процессе транспортирования и монтажа изделия могут быть допущены нагрузки, близкие к расчетным;
в холодный период года, если не могут быть созданы условия для роста прочности бетона в изделиях до их загружения проектной нагрузкой.
3.4. В тех случаях, когда изделия, изготовленные в период холодного времени года или переходный период, будут загружены полной нагрузкой не ранее чем через месяц после наступления теплого времени года по согласованию с потребителем и проектной организацией, допускается отпуск их с завода-изготовителя с прочностью менее проектной, но не ниже 70% проектной.
3.5. Величина отпускной прочности, если она не зафиксирована в ГОСТе на данный вид изделия, устанавливается предприятием-изготовителем по согласованию с потребителем и проектной организацией. Согласованная величина отпускной прочности указывается в Технических условиях на изделия или в согласительном протоколе.
Если в разные периоды года (в зависимости от климатических условий района строительства) величина отпускной прочности бетона изделий должна быть различной, то это, соответственно, должно быть указано в Технических условиях на изделия и в согласительном протоколе.
3.6. Предприятие-изготовитель при отпуске изделий с прочностью бетона ниже его проектной марки обязано гарантировать в соответствии с ГОСТ 13015-67*, что прочность бетона, примененного для изготовления изделий, определяемая по п.7.21 настоящего Руководства, достигнет проектной прочности в возрасте 28 суток со дня изготовления или в ином возрасте, указанном в чертежах изделий.
3.7. Проектная прочность бетона к 28 суткам со дня изготовления без дополнительного специального ухода обеспечивается, если относительная прочность бетона на портландцементе (I и II групп), определенная не позднее чем через 12 ч после окончания тепловлажностной обработки по режимам с общей длительностью не более 13 ч, соответствует величинам, приведенным в табл.1.
Климатические условия последующего твердения
Относительная прочность бетона после завершения тепловлажностной обработки, в % от проектной
I. Период теплого времени года с устойчивыми среднесуточными температурами воздуха +5 °С и выше
II. При сухой и жаркой погоде (с момента установления устойчивой дневной температуры воздуха выше 25 °С и при относительной влажности менее 50%)
III. Переходный период времени года со среднесуточными температурами воздуха от +5° до -5 °С
IV. Период холодного времени года с устойчивыми среднесуточными температурами воздуха -5 °С и ниже
Примечания: 1. Даты начала и окончания отдельных периодов времени года для различных местностей устанавливаются ориентировочно но сборнику "Климатический атлас СССР", т.I. Главное управление гидрометеослужбы при Совете Министров СССР, Москва, 1960 г. или по другим справочникам.
2. Классификация портландцементов по группам приведена в разд.4 настоящего Руководства.
3.8. Режимы тепловлажностной обработки изделий, сроки достижения их бетоном отпускной прочности (если она меньше проектной) и составы бетона изделий (в том числе: вид применяемого цемента, значение и др.) должны проектироваться и назначаться такими, чтобы была обеспечена в соответствии с требованиями пп.3.6 и 3.7 возможность последующего нарастания прочности бетона изделий и достижения им проектной марки в установленный срок.
3.9. Сроки достижения бетоном изделий отпускной прочности после их тепловлажностной обработки и сроки ее контроля должны устанавливаться предприятием-изготовителем в соответствии с реальными сроками возможной отгрузки изделий с завода потребителю или передачи изделий на склад, если в условиях последующего хранения изделий на складе контроль за нарастанием прочности их бетона невозможен.
Рекомендуется учитывать время пребывания изделий после окончания тепловлажностной обработки в цехе (на постах или линиях отделки и комплектации изделий, на постах контроля) и испытывать контрольные образцы бетона не ранее окончания всех перечисленных операций, предпочтительно не ранее чем через 12 ч после окончания тепловлажностной обработки изделий, но не позднее чем через 24 ч.
Если тепловлажностная обработка изделий производится по режимам, обеспечивающим достижение бетоном изделий только распалубочной прочности, меньшей, чем отпускная, а последующее его твердение до приобретения отпускной прочности происходит в условиях выдерживания изделий при температуре цеха или на открытом воздухе (при температуре не ниже +10 °С), то отпускная прочность бетона может определяться в более поздние сроки, но не более 7 дней, при условии обеспечения проектной прочности в соответствии с п.3.6.
3.10. В условиях складирования, монтажа и в последующий период до загружения изделий расчетной нагрузкой потребитель обязан создавать (в случаях, предусмотренных проектом организации работ), контролировать и учитывать фактические условия твердения бетона. В необходимых случаях, когда контроль показывает, что фактические условия твердения бетона в изделиях не обеспечивают достижения бетоном проектной прочности в установленные сроки, потребитель обязан установить новые сроки загружения изделий расчетной нагрузкой, обеспечивающие достижение в этих условиях проектной прочности бетона.
Потребитель несет ответственность за последствия, вызванные нарушением этих требований.
3.11. Рекомендуется осуществлять контроль за нарастанием прочности бетона изделий, полученных с неполной проектной прочностью, неразрушающими методами в соответствии с действующими нормативными документами (ГОСТ 17624-72; "Руководство по определению прочности бетона приборами механического действия" и др.).
3.12. Контроль и оценка отпускной прочности бетона производятся в соответствии с требованиями ГОСТ 13015-67* или ГОСТ 18105-72, а также разд.7 настоящего Руководства.
4. ЦЕМЕНТЫ ДЛЯ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ
Выделение тепла при застывании бетона
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Метод определения тепловыделения при твердении
Concretes. Method for determination of exothermic heat in hardening
Дата введения 1982-01-01
Постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 19 июня 1980 г. N 90 срок введения установлен с 01.01.82
Переиздание. Март 1986 г.
Настоящий стандарт распространяется на цементные бетоны и устанавливает метод определения удельного тепловыделения цемента в бетоне, твердеющем в адиабатических условиях, путем установления величины подъема температуры во времени и последующего проведения необходимых расчетов.
Метод следует применять при возведении массивных сооружений, которые требуют принятия в конкретных условиях специальных мер к регулированию температурных напряжений, возникающих в результате выделения тепла цементом в твердеющем бетоне.
1. ИЗГОТОВЛЕНИЕ БЕТОННОГО ОБРАЗЦА
1.1. Подбирают бетон реального состава, рассчитывают расход составляющих этого бетона (гравий, щебень, песок, цемент, вода, добавки) в зависимости от объема применяемых форм и приготовляют бетонную смесь.
Составляющие и форму с крышкой взвешивают с погрешностью до 0,1%.
2.1. Для установления величины подъема температуры в твердеющем бетоне применяют адиабатический калориметр, в состав которого входит следующая аппаратура:
адиабатическая камера, которая должна быть изготовлена из материала малой теплопроводности, снабжена устройством для подогрева и охлаждения воздуха в камере, вентиляторами для обеспечения непрерывного его перемешивания и устройством для автоматического поддержания адиабатического режима твердения бетонного образца с допустимым отклонением температуры среды от температуры бетона не более 0,2 °С. Допускается применение адиабатических камер с водной средой с устройством для ее охлаждения, нагрева и интенсивного перемешивания;
формы для изготовления образцов-кубов с ребром длиной 400 мм или образцов-цилиндров диаметром и высотой 400 мм. Для изготовления образцов-кубов из бетонов с заполнителем максимальной крупностью 20 и 40 мм допускается применять формы с ребром длиной 200 и 300 мм, а для изготовления образцов-цилиндров формы диаметром 200 и 300 мм. Высоту цилиндра следует принимать равной его диаметру. Теплоемкость формы не должна превышать 5% теплоемкости бетонного образца. Формы должны быть оснащены крышкой, поддоном-тележкой и кожухом;
самопишущие приборы, регистрирующие температуру бетона и в камере, которые должны обеспечивать измерение температуры до 100 °С с погрешностью не более 0,25%.
2.2. Адиабатический калориметр следует изготавливать по технической документации, утвержденной в установленном порядке.
2.3. Адиабатический калориметр через каждые три месяца и после длительной (более года) остановки следует регулировать с целью обеспечения его работы в адиабатическом режиме в соответствии с обязательным приложением 1.
2.4. Поверка приборов измерения температуры производится в соответствии с требованиями стандартов системы обеспечения единства измерений.
3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ
3.1. Приготовленную бетонную смесь укладывают в форму, в центр образца вводят датчики температуры для регистрирующей и регулирующей аппаратуры и бетонную смесь вибрируют.
Датчики внутри камеры размещают на уровне центра образца. Форму с бетонной смесью закрывают крышкой, зазор между крышкой и формой уплотняют водонепроницаемой замазкой.
Примечание. Допускается в центр образца в процессе укладки и уплотнения бетонной смеси помещать медную или латунную трубку с трансформаторным маслом, в которую затем вводят датчики температуры для регистрирующей и регулирующей аппаратуры.
В калориметрах с водной средой крышка должна быть с резиновой прокладкой и прижиматься к форме болтами.
3.2. Температуру в адиабатической камере доводят до температуры испытуемой бетонной смеси.
3.3. Форму с бетонной смесью закрывают кожухом и помещают в адиабатическую камеру, которую затем плотно закрывают.
3.4. Включают автоматическое регулирующее устройство адиабатической камеры, которое обеспечивает поддержание температуры в камере, равной температуре бетона в процессе его твердения.
3.5. Включают регистрирующий прибор, который производит автоматический замер и запись температуры бетона на ленту самопишущего прибора. Начальная температура бетонной смеси должна быть замерена после ее укладки в форму не позднее 1 ч.
3.6. Замеры следует продолжать до тех пор, пока рост температуры бетона будет превышать 1 °С за 5 сут.
Могут быть установлены другие сроки проведения испытания.
4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ
4.1. Температуру бетона с лент регистрирующих приборов записывают в журнал в соответствии со справочным приложением 2.
Кривую подъема температуры строят в соответствии со справочным приложением 3.
4.2. Удельное тепловыделение цемента в бетоне , кДж/кг (ккал/кг), за данный промежуток времени определяют по формуле
где - теплоемкость бетонной смеси и формы, кДж/К (ккал/°С);
- масса цемента, кг;
- начальная температура бетонной смеси, К (°С);
- температура бетона в конце данного промежутка времени, К (°С);
- теплоемкость бетонной смеси, кДж/К (ккал/°С);
- теплоемкость формы, кДж/К (ккал/°С).
4.3. Теплоемкость бетонной смеси вычисляют по формуле, кДж/К
или по формуле, ккал/°С
где - масса песка, кг;
- масса щебня (гравия), кг;
Приведенная формула расчета теплоемкости может применяться, если удельные теплоемкости составляющих бетонную смесь материалов неизвестны. При наличии этих данных следует применять формулу
где - удельная теплоемкость цемента, кДж/(кг·К) [ккал/(кг·°C)];
- удельная теплоемкость песка, кДж/(кг·К) [ккал/(кг·°C)];
- удельная теплоемкость щебня, кДж/(кг·К) [ккал/(кг·°C)].
4.4. Теплоемкость формы , кДж/К (ккал/°С), вычисляют по формуле
где - удельная теплоемкость материала формы, кДж/(кг·К) [ккал/(кг·°С)];
- масса формы с крышкой, кг.
4.5. Повышение температуры бетона с поправкой на теплоемкость формы вычисляют по формуле
4.6.Расчет удельного тепловыделения цемента в бетоне производят с погрешностью до 0,1 ккал/кг и результаты заносят в журнал (см. приложение 2).
4.7. Удельное тепловыделение цемента в бетоне, твердеющего в адиабатических условиях, определяют как среднее значение результатов испытания не менее трех образцов, изготовленных из бетона одинакового состава и имеющих одинаковую начальную температуру бетонной смеси (±1 °С).
4.8. Полученные данные об удельном тепловыделении цемента в бетоне следует применять при разработке мероприятий по снижению температурных напряжений в возводимых массивных сооружениях.
РЕГУЛИРОВКА АДИАБАТИЧЕСКОГО КАЛОРИМЕТРА
Для регулировки калориметра изготавливают образец из бетона реального состава, в котором цемент заменяют мелкодисперсным инертным материалом, или используют "старый" бетонный образец с законченным экзотермическим процессом.
Затем образец разогревают до температуры 30-40 °С и продолжают испытания в соответствии с требованиями пп.3.2-3.5 настоящего стандарта.
Адиабатический калориметр следует считать отрегулированным, если отклонение температуры образца от начальной не будет отличаться на 0,5 °С в течение 10 сут.
В случае отклонения температуры образца от начальной выше установленного уровня следует провести соответствующее регулирование приборов и испытание калориметра повторить.
Важная величина: как узнать время схватывания бетона
Бетон – один из наиболее применяемых в современном строительстве материалов благодаря прочности, доступности, разнообразию видов и методов обработки.
Замешанное из цемента и воды с добавлением заполнителей «тесто» может принимать любую заданную форму и, в результате твердения, образовывать прочный, долговечный материал – цементный камень.
Стадии набора прочности бетона
Как происходит превращение подвижного раствора в твердое вещество?
Чтобы понимать этот процесс, нужно представлять состав бетона.
Главным компонентом бетонной смеси является портландцемент. Это вяжущее составляющее, в основе которого 4 минерала:
C2S двухкальциевый силикат,
C3S трёхкальциевый силикат,
C3A трёхкальциевый алюминат,
C4AF четырёхкальциевый алюмоферрит.
Для приготовления бетонной смеси портландцемент смешивается с водой и заполнителями (шлак, гравий, щебень, песок). Иногда в смесь добавляются те или иные присадки, в зависимости от желаемых свойств бетона.
Минералы, входящие в состав цементного клинкера, при смачивании водой вступают в реакцию гидратации, в процессе которой образуются новые соединения, и бетон образует кристаллическую структуру.
Таким образом, твердение бетона – это кристаллохимический процесс.
В твердении бетона выделяют две стадии:
Бетон начинает схватываться уже через 2 часа, а через 60 минут после начала процесса он уже схватится. Пока бетон не схватился, его подвижность сохраняется.
Интересно!
Иногда, при невозможности немедленно заняться укладкой бетона, смесь слишком долго перемешивают, чтобы она не схватывалась. Это влияет на качество бетона не лучшим образом.
После того, как бетон схватился, начинается процесс твердения.
Сколько времени требуется на застывание
Полное отвердевание бетона может продолжаться многие месяцы, но во время строительных работ нужны определенные ориентиры, которых можно придерживаться.
Важно!
Преждевременная нагрузка на бетон ную конструкцию может разрушить не набравший достаточной прочности бетон , а передерживание бетона в опалубке удорожает строительные работы и увеличивает продолжительность строительства.
Расчетной прочностью бетона называют ту прочность, которую бетон определенного класса достигает при нормальных условиях через 28 дней.
Срок твердения бетона без добавок
Как быстро бетон наберет прочность, зависит от многих факторов. В нормальных условиях скорость отвердевания бетона без добавок зависит от класса бетона.
Интересно!
В быту до сих пор встречается словосочетание «марка бетона». Оно ошибочно: по маркам классифицируется цемент, а бетон подразделяется на классы.
Таблица 1. Старая и новая маркировка бетона
Факторы, влияющие на твердение цементного раствора
Срок застывания бетона зависит от различных факторов:
качества исходных материалов;
температуры и влажности воздуха;
обработки бетона (утрамбовывание, виброобработка);
ухода за бетоном;
использования специальных добавок.
Согласно ГОСТ, нормальными условиями твердения бетона являются:
температура воздуха 18–22°С;
относительная влажность воздуха 100%.
При изменении температуры меняется и скорость затвердевания бетона. При повышении температуры в диапазоне 0°С – 100°С каждые 10°С повышения температуры увеличивают скорость протекающих процессов в 2–4 раза.
График твердения бетона при разных температурах
Когда температура становится выше, схватывание и отвердение бетона ускоряются; при понижении температуры – замедляются. При температуре ниже 5° С процесс набора прочности резко замедляется, а при отрицательных температурах прекращается.
Уменьшение влажности воздуха замедляет процесс застывания, поскольку бетон быстрее сохнет, и воды становится недостаточно для гидратации.
Способы регулирования скорости отвердевания бетона
В зависимости от задач, может потребоваться увеличить или снизить скорость твердения бетона. Можно повлиять на процессы температурно или химически.
Ускорение твердения
Для увеличения скорости твердения, применяют:
снижение водоцементного соотношения (повышение жесткости смеси, что снижает удобоукладываемость);
добавление в бетон специальных добавок-ускорителей.
Замедление твердения
Когда может понадобиться замедление отвердевания:
при изготовлении высокомарочных смесей, которые застывают очень быстро из-за повышенного содержания вяжущего компонента;
при необходимости транспортировки готовой смеси на дальние расстояния;
при заливке бетона в несколько этапов.
В этих случаях применяют специальные добавки, которые замедляют реакцию гидратации и гидролиза минералов клинкера, откладывая процесс схватывания на несколько часов.
Как узнать точное время затвердевания бетона?
Сроки полного отвердевания разных видов бетона варьируются в зависимости от состава. Примерное представление о продолжительности процессов твердения бетона с использованием марок цемента М200, М250, М300, М400, М500 и так далее, можно узнать из статей, графиков, специальных таблиц.
Таблица 2. Время застывания бетона на портландцементе М400, М500
Для того чтобы точно узнать, сколько времени понадобится, чтобы получить расчетную прочность бетона, используются два метода:
Узнать точные данные в лаборатории производителя.
Вызвать технолога на объект для взятия проб. Для образцов используют кубические отливки со стороной 10 см, которые должны твердеть в тех же условиях, что и основная конструкция. Затем проводятся испытания разрушающими методами, которые точно показывают марочную прочность бетона и сроки его схватывания и полного отвердевания.
Время застывания бетона в опалубке
Своевременная распалубка бетона повышает оборачиваемость оборудования для опалубки и оптимизирует сроки строительства.
Распалубочной прочностью называют прочность, достаточную, чтобы снять опалубку и дать стартовую нагрузку. Обычно она составляет 70% от расчетной прочности (или другую величину, оговоренную в проектной документации).
Для не ответственных конструкций, например, стяжек, отмостк и и других конструкций , работающих только на сжатие, допустима распалубка на 3–5-й день, по достижении прочности 30–40% от расчетной.
Важно!
Современные бетоны с добавками могут достигать распалубочной прочности за 1–2 дня.
Сколько времени бетон застывает в воде
Твердение в воде – лучшие условия для набора прочности бетона. Непрерывное выдерживание в воде способствует более интенсивному увеличению модуля упругости, чем твердение на воздухе.
При выдерживании бетона на воздухе, на его поверхности, в результате обезвоживания, прекращается реакция гидратации, и образуются ячейки и поры; застывший на воздухе цементный камень имеет больше дефектов структуры, меньшую плотность и более высокую подверженность коррозии.
Уход за бетоном после заливки
Уход за бетоном имеет цель создать такие условия твердения, при соблюдении которых бетон будет набирать заданную прочность с нужной скоростью, а его структура будет максимально качественной.
Для оптимизации процесса отвердевания решающее значение имеет обеспечение правильной температуры и высокой влажности.
После укладки бетонной смеси и ее уплотнения (если таковое производилось), проводятся специальные мероприятия по уходу за бетоном.
Защита от испарения влаги
Отвердевание бетона внешне похоже на высыхание, но на самом деле, это реакция, которая происходит с обязательным участием воды. При застывании бетона на воздухе, его поверхность быстро высыхает, и реакция гидратации прекращается. Образуется разность давления в толще бетона и на его поверхности, что приводит к появлению дефектов в виде трещин .
Для защиты от пересыхания поверхность бетона закрывают водонепроницаемыми материалами, такими, как пленка, брезент, в некоторых случаях, слой опилок или песка, который постоянно смачивают.
Обеспечение равномерной температуры
При заливке массивных конструкций (например, плит фундамента) возникает еще одна проблема – температурный градиент.
Реакции гидратации происходят с выделением тепла. В массивных конструкциях возникает разница между температурами в толще бетона и на его поверхности. В толще слоя бетона температура может достигать 50–80°С. Если разница с температурой поверхности превышает 20–30°С, может произойти разрыв структуры бетона, что влечет интенсивное образование трещин на внешней стороне конструкции и потерю прочности.
Чтобы предотвратить градиент температур, необходимо снизить температуру всей конструкции. Для этого, после укрытия паро- или водонепроницаемым материалом, на поверхность бетона льют холодную воду, меняя ее после нагрева.
Важно!
Снижение температуры не должно быть резким. Допускается снижать ее на 1–2° С в час, а для некоторых типов конструкций не более, чем на 12–13°С в сутки (эта информация указывается в регламенте).
Для проведения этих мероприятий необходимо знать точную температуру в толще бетона; по регламенту, ее необходимо измерять в первые сутки каждые 1–2 часа, а затем 1 раз в 8 часов и фиксировать полученные данные в специальных журналах . Для того, чтобы иметь возможность измерять температуру, при заливке в бетон вставляют трубочки на расстоянии не более 8 м друг от друга.
Защита от охлаждения
В зимнее время возникает задача сохранить тепло в бетоне , поскольку при температуре ниже плюс 5 ° С затвердевание прекращается. Главной задачей становится обеспечение твердения до приобретения бетоном критической прочности.
Важно!
Критической прочностью называют прочность в зимнее время, по достижении которой замерзание воды в порах бетона уже не носит разрушающий характер (обычно 30-50% от расчетной прочности).
Используются разные методы сохранения тепла:
Прогрев электродами или инфракрасным излучением (последнее технологически сложно).
Установка тепляков с прогретым воздухом.
Использование сохраненного тепла реакции гидратации («тепловой осмос» или «метод термоса), для которого поверхность бетона укрывают теплоизоляционными материалами, такими, как минераловатные плиты, рулонные материалы в несколько слоев.
Противоморозные добавки. Если раньше использовался хлорид кальция, сейчас его применение, как и других хлоридов, не рекомендуется из-за агрессивного воздействия на арматуру. Чаще используют формиат кальция или натрия и другие соли-электролиты, снижающие температуру замерзания воды либо готовые комплексные добавки, обладающие не только противоморозным, но и пластифицирующим действием.
Применение добавок-ускорителей совместно с тепловой обработкой. В этом случае добавки нужны для быстрого достижения критической прочности, затем, при помощи согревающих или сохраняющих тепло мероприятий, обеспечивается оптимальная температура до достижения расчетной прочности бетона.
Надо ли поливать бетон водой?
Поскольку водная среда оптимальна для завердевания, полив бетона водой целесообразен, но только в летнее время, особенно, в жаркую погоду. Интенсивное обеспечение влажности позволяет снизить вероятность появления дефектов.
Набор прочности бетона – сложный химический процесс, который зависит от множества факторов. Для оптимизации строительных работ используются методы тепловлажностной обработки бетона. Современное решение – использование специальных добавок, регулирующих скорость отвердевания.
Влияние пониженных и повышенных температур на твердеющий цемент.
Понижение температуры замедляет процесс твердения цемента и, следовательно, снижает его механическую прочность. Схватывание и твердение практически прекращаются при превращении воды в лед. После оттаивания этот процесс возобновляется, но конечная прочность при этом уменьшается. Быстротвердеющие цементы менее чувствительны к понижению температуры, так как характеризуются повышенным тепловыделением и быстрее наращивают прочность.
Прочность бетона к моменту возможного замораживания должна составлять не менее 50-70% от проектной в зависимости от вида конструкции. Для достижения этой прочности в зимних условиях бетон должен выдерживаться по методу термоса, основанному на применении утепленной опалубки и защитного покрытия открытых поверхностей, обеспечивающих замедленное остывание бетона до того момента, когда он приобретет требуемую прочность. Наряду с этим применяют искусственный прогрев бетона электрическим током, паром или теплым воздухом.
При зимних работах используют и так называемые противоморозные добавки, затворяя бетон на растворах солей (смесь CaC l 2 с NaCl, поташ), понижающих температуру замерзания жидкой фазы в твердеющем бетоне и ускоряющих его твердение. Применение противоморозных добавок позволяет не нагревать бетон при твердении. При использовании в качестве противоморозных добавок хлористых солей бетон можно применять только для неармированных конструкций.
Большое значение для целого ряда сооружений имеет морозостойкость уже затвердевшего цементного раствора или бетона, особенно в тех случаях, когда многократное замораживание и оттаивание сопровождаются увлажнением водой. Такое совместное действие воды и мороза наблюдается, в частности, в частях плотин, шлюзов и ряда других гидротехнических сооружений, расположенных в зоне переменного горизонта воды. Вредное действие описанных факторов объясняется тем, что вода, замерзая в порах и случайных трещинах бетона, увеличивается в объеме, что создает давление на стенки пор и вызывает в бетоне внутренние напряжения. Многократное замерзание и оттаивание могут разрушить бетон. Следует отметить, что наиболее морозостойкие бетоны получаются на основе цемента. Большое значение имеет структура бетона, его плотность и степень водонасыщения.
В зависимости от назначения сооружений и климатических условий бетон должен выдерживать от 15 до 150, а иногда и более циклов замораживания с промежуточным оттаиванием.
Воздухововлекающие добавки не только повышают морозостойкость, для чего они главным образом и предназначены, но и водонепроницаемость, улучшают подвижность и уменьшают водопотребность бетонов и растворов. При этом несколько снижается прочность и уменьшается объемный вес. Обычно при смешении цемента (без добавок) с водой и заполнителями в процессе приготовления бетонной смеси в ее состав вовлекается некоторое количество мелких пузырьков воздуха (не более 2%). Введение воздухововлекающих добавок увеличивает содержание воздуха в бетонной смеси на 3-5%, в ней образуется много мельчайших замкнутых воздушных пузырьков, равномерно распределенных по всей массе материала. Эти пузырьки воспринимают возникающее при замерзании бетона давление расширяющейся воды и тем самым ослабляют давление на стенки пор.
Повышение температуры ускоряет процесс твердения цемента и увеличивает его прочность. Необходимым условием при этом является наличие влажной среды. В противном случае повышение температуры может значительно понизить прочность твердеющего цемента.
С учетом этого заводы бетонных изделий пользуются следующими приемами, ускоряющими процесс твердения бетона: пропариванием в пропарочных камерах насыщенным паром нормального давления; запариванием бетонных изделий в автоклавах паром под давлением около 9 атм; электропрогревом твердеющего бетона. Наиболее распространен первый метод, причем обычно через 10-12 ч пропаривания достигается не менее 70% отпускной прочности изделий. Через 28 суток прочность пропаренных изделий все же на 10-20% ниже прочности изделий, твердевших весь этот срок при обычных температурах.
Затвердевшие растворы и бетоны не могут считаться вполне огнестойкими, а тем более огнеупорными, так как продукты, составляющие затвердевший цементный камень, разрушаются при повышенных температурах. Так, например, Са(ОН)2 обезвоживается при 547 0 С, а гидросиликат кальция начинает терять гидратную воду при температуре 180-200 0 С. Тем не менее бетон оказывается достаточно стойким при пожарах, так как в этом случае высокие температуры действуют только на его поверхность, внутри же него температура не доходит до критических пределов.
Читайте также: