Укладка бетона при отрицательных температурах: Заливка бетона при минусовой температуре без прогрева: методы и рекомендации

Содержание

Заливка бетона при минусовой температуре без прогрева: методы и рекомендации

При температуре ниже нуля затвердевание бетонного раствора становится проблематичным. Часто с этим сталкиваются при устройстве фундаментов осенью и зимой. Специалисты уверяют, что заливка бетона при минусовой температуре возможна и без прогрева, но для этого выполняются определенные требования, обеспечивающие правильное затвердевание бетонной смеси.

Зимнее бетонирование

Влияние температуры на твердение бетона

Бетон представляет собой смесь из наполнителей – песка и щебня, скрепленных между собой застывшим цементным молочком. При реакции с водой происходит его гидратация, затем он затвердевает с одновременным испарением воды. Критическая прочность при нормальной температуре набирается в течение одних или полутора суток, в зависимости от влажности окружающего воздуха.

Оптимальной для протекания реакции является температура около 20⁰С, раствор набирает расчетную прочность в течение 28 суток. Чтобы в первые дни вода не улетучивалась слишком быстро, бетон покрывают гидроизоляцией.

При 5⁰С застывание состава замедляется в 2 раза, а при нулевой температуре гидратация прекращается. Если до этого критическая прочность бетона набрана, с ним ничего не случится, он наберет прочность после потепления. Если же до замерзания набор критической прочности не произошел, материал не наберет нужных показателей, и будет крошиться после размораживания. В этом случае заливать любую марку бетона при минусовой температуре нельзя.

Методики бетонирования в зимних условиях

Главным условием правильной заливки бетона при отрицательных температурах является сохранение теплоты, достаточной для обеспечения набора прочности. Популярные способы укладки строительных растворов зимой:

  • Предварительный прогрев изготавливаемой смеси;
  • Устройство надежной теплоизоляции и уход за раствором;
  • Электроподогрев залитого в опалубку бетона;
  • Добавка специальных присадок, снижающих температуру замерзания воды и ускоряющих затвердевание.

Таким образом, бетонировать на улице зимой можно без потери показателей прочности, но для этого нужно придерживаться выбранных методик. По затратам использование тепловых пушек является самым нерентабельным вариантом, наиболее дешевой методикой является добавка присадок. Электроподогрев и устройство теплоизоляции представляют собой промежуточные варианты.

Повышение температуры в процессе замеса

Чтобы залить бетон в минусовую температуру, компоненты подогревают. Наполнители нагреваются до 55-60⁰С, а воду подают в раствор при 90⁰С. Цемент перед добавлением разогревается до комнатных температур, иначе он теряет скрепляющие свойства. Перед укладкой температура раствора не должна быть ниже 35⁰С.

При перемешивании требуется использовать бетономешалку, в которую подается сначала нагретая вода, затем наполнители, и только потом цемент. При заливке такой смеси, тепловой энергии монолита хватает, чтобы набрать критическую прочность, с учетом того, что при гидратации цемента выделяется дополнительное тепло.

Подогрев и утепление раствора

При очень низких температурах нагретая смесь требует дополнительного утепления или подогрева. Экономически более целесообразно утепление, при помощи недорогих теплоизолирующих материалов, не требующих дополнительных источников энергии. На бетонированной поверхности выстилают сено или солому, используют старые тряпки, торф, пленку или теплоизолирующие покрывала. Иногда устраиваются так называемые «тепляки» схожие с теплицами.

Утепление бетона

Если бетонировать при температурах ниже -5⁰С, потребуется дополнительный подогрев. Для этого используются следующие технологии:

  • Обогрев тепловыми пушками или печами под тепляками. Это затратный метод, требующий постоянного дополнительного увлажнения. Подходит для площадок, к которым не проведено электричество.
  • Применение термоматов, работающих от электричества. Они выкладываются на поверхность залитого бетона и подключаются к источнику тока. Требуют большой объем электроэнергии.
    Инфракрасные излучатели устанавливаются над залитой поверхностью или вокруг опалубки, интенсивность и направление нагрева регулируется отражателями. Подходит для вертикальных и малодоступных конструкций.
  • Для прогрева бетонированной площади применяют специальные кабеля или электроды, по которым пропускают электрический ток. Методика удобна при использовании, но требует больших объемов электроэнергии. Установка системы электродов требует больше затрат, поскольку при высыхании сопротивление раствора, который сам является проводником, возрастает.

Введение добавок

Улучшение характеристик раствора специальными присадками, это самый удобный и экономный метод заливки раствора зимой. Применяя его совместно с обогревом, можно ускорить выполнение работ и повысить качество бетона. Различают два основных типа присадок для заливки бетоного раствора зимой:

  1. Составы, уменьшающие температуру замерзания воды. Раствор застывает довольно долго, но вода не кристаллизуется, поэтому качество бетона не страдает. Для ускорения реакции требуют теплоизоляции. В этом качестве используют соли кальция или натрия и поташ, которые препятствуют кристаллизации воды.
  2. Добавки, увеличивающие скорость затвердевания раствора. Сокращают время, необходимо для набирания бетоном критичной прочности, поэтому вода в прогретой смеси не успевает кристаллизоваться. Применяется нитрит-нитрат кальция, тот же поташ, соли кальция в смеси с мочевиной.

Количество присадок зависит от температурного диапазона, в котором будет производиться заливка бетонной конструкции. От -5 до -10⁰С добавляют до 5-8% от массы цемента. Со снижением температуры до -15⁰С концентрацию увеличивают до 10% по массе от добавленного цемента, а до -25⁰С нужно добавлять не менее 15% добавок.

Общие рекомендации при заливке

Чтобы достигнуть максимальной прочности, нужно знать, при какой температуре заливать бетон, и оптимальные методики обеспечения твердения. Кроме того, требуется правильная подготовка опалубки. Перед заливкой раствора, необходимо тщательно очистить ее от наледи. Грунт и арматуру нужно прогреть, для чего применяются жаровни, тепловые пушки, инфракрасные излучатели и другие устройства. Именно поэтому делать плитные фундаменты в низком температурном диапазоне не рекомендуется, поскольку сложно полностью обогреть все элементы на большой площади.

Работа с ленточным фундаментом в такую погоду вполне возможна. Для этого нужно прогревать траншею постепенно, заливая в нее бетон. После заливки обязательный этап – качественная термоизоляция. Процесс продолжается до тех пор, пока периметр не замкнется. С применением добавок в бетонный раствор и качественной изоляцией ленточный фундамент можно заливать при температуре до -15⁰С.

При работе по укладке бетона, независимо от типа конструкции, нужна непрерывность выполнения работ до полной заливки монолита. Для успешного выполнения работ необходимо рассчитать обеспечить поставку нужного количества раствора и оптимальное число работников.

Заливка частями может привести к неравномерности свойств конструкции и снижению ее качества.

Перед тем, как заливать раствор в опалубку, необходимо убедиться, что его температура оптимальна – в районе 38⁰С. Если она превысит 40 градусов, то скорость затвердевания снизится за счет снижения качества цемента. В результате, для того, чтобы набралась критическая прочность, потребуется слишком много времени, жидкость в растворе рискует замерзнуть, и бетон потеряет свои свойства.

Отвечая на вопрос, возможна ли заливка бетона зимой, можно утверждать – однозначно да. При правильном технологическом подходе эти работы можно проводить при самых низких температурах. Укладка без дополнительного прогрева может производиться при небольших морозах, для этого потребуется хорошая термоизоляция и предварительный нагрев бетонного раствора.

При низких температурах требуется дополнительный прогрев массы бетона. Он осуществляется различными методами, выбирать которые нужно непосредственно на строительной площадке. Затраты на обогрев и теплоизоляцию окупаются, поскольку некондиционный бетон снизит качество всей конструкции.

При какой температуре можно заливать бетон на улице?

Вопрос о том, при какой температуре можно заливать бетон, очень важен, так как от него во многом зависят не только технические и эксплуатационные характеристики застывшего монолита, но и вообще вероятность прохождения процесса застывания. Залитый при неверной температуре или замерзший при твердении бетон может покрываться трещинами, демонстрировать меньшие показатели прочности и стойкости в сравнении с нормативными, становиться причиной деформации или полного разрушения конструкции, здания.

Для набора бетоном проектной прочности и гарантии длительного срока службы очень важно соблюдение температурного режима как в момент заливки, так и на протяжении всего времени твердения (28 суток). Оптимальной считается температура воздуха в районе +20 градусов. Но далеко не всегда на строительной площадке удается соблюсти это условие.

Довольно часто появляется необходимость лить бетон при отрицательной температуре или в процессе выполнения работ неожиданно портится погода. В таких случаях используются разные методы прогрева бетона, в состав смеси вводят противоморозные добавки, утепляют конструкцию непосредственно на площадке и т.д. Прежде, чем использовать любой этот способ прогрева, необходимо тщательно изучить его особенности и условия реализации.

заливка бетона при минусовой температуре

заливка бетона при минусовой температуре

Процесс набора прочности бетонных конструкций

Чтобы определить, до какой температуры можно заливать бетон, необходимо сначала хотя бы поверхностно рассмотреть особенности процесса набора прочности монолитом. Реакция начинает протекать между цементом/водой в момент затворения. В первые часы бетон еще текучий и с ним можно работать, но уже по прошествии нескольких часов он начинает застывать, становиться сначала более густым, а потом и вовсе твердым.

Процесс взаимодействия воды и цемента называется гидратацией. Гидратация проходит в два этапа: сначала смесь схватывается, потом твердеет. В схватывании задействованы алюминаты, появляются иглообразные кристаллы, связанные между собой. Через 6-10 часов эти кристаллы становятся своеобразным каркасом, скелетом. Бетон начинает твердеть.

основные характеристики бетона

основные характеристики бетона

Весь процесс схватывания может занимать от 20 минут до 20 часов, что напрямую зависит от температуры окружающего воздуха. Дольше всего процесс проходит в холодное время года – когда на улице около 0, схватываться бетон начинает через 6-10 часов, длится этап 15-20 часов.

В процессе твердения в реакцию с находящейся в растворе водой вступают клинкерные минералы, постепенно формируется силикатная структура. Реакция провоцирует появление мелких кристаллов, они объединяются в уникальную мелкопористую структуру. Это и есть бетон, который на протяжении 28 суток уже набирает марочную прочность и стойкость, не меняя формы и структуры.

температура твердения бетона

температура твердения бетона

Оптимальное значение температуры для стадии твердения также равно +20 градусам, влажность – до 100%.

Отклонения от параметров существенно влияют на прочность: полное созревание монолита длится несколько лет (но набор проектной прочности должен быть завершен через 28 суток после заливки), скорость твердения меняется со временем.

Влияние отрицательной температуры на твердение бетона

Как уже было указано выше, скорость гидратации очень сильно зависит о температуры окружающей среды. Так, при снижении с +20 до +5 градусов твердение проходит медленнее в среднем в 5 раз. Дальше чем ниже температура, тем медленнее проходит реакция. При достижении минусовой температуры гидратация и вовсе прекращается (вода просто замерзает).

В момент замерзания вода имеет свойство расширяться, что становится причиной повышения давления внутри бетонного раствора и разрушения уже сформировавшихся связей кристаллов. Структура бетона разрушается и в дальнейшем восстановиться уже не может. Кроме того, появившийся в смеси лед может обволакивать крупные наполнители, разрушая сцепление с цементом. Все это существенно ухудшает монолитность конструкции и понижает прочность.

Когда вода оттаивает, твердение продолжается, но структура бетона уже деформирована. Могут появляться отслоения, деформации, трещины, наблюдаться отделение крупных наполнителей и арматуры от монолита. Чем на более ранней стадии свежезалитый бетон замерз, тем меньшим будет показатель прочности.

покрытие бетона трещинами из-за мороза

покрытие бетона трещинами из-за мороза В каких условиях нельзя заливать бетон:

  • Когда температура окружающей среды находится на отметке +5 С и ниже, а никаких мероприятий по прогреву или повышению морозостойкости бетона осуществляться не планируется.
  • В межсезонье – когда температура нестабильна, отмечены сильные скачки как отметок на термометре, так и влажности.
  • Если термометр показывает температуру +25 градусов и выше, а влажность воздуха ниже 50%. В такое время лучше использовать специальные цементы или не проводить работы, так как процесс гидратации будет происходит очень быстро: вода испарится, а бетон не успеет набрать прочность, вследствие чего нередко появляются трещины, деформации, отслоения и т.д.

набор прочности бетона при разной температуре

набор прочности бетона при разной температуре

  • Заливка бетона при минусовой температуре без прогрева в течение минимум 3 дней до отметки в +10-30 градусов.
  • Когда уже приготовлен бетон со специальными присадками, а за окном внезапно наступила оттепель или влажность воздуха стала выше 60%, начался дождь и т.д.
  • В случае неумения определить оптимальный режим прогрева, настроить приборы, контролировать бетон в мороз. Ведь для бетона одинаково страшны как мороз, так и перегрев.

При какой оптимальной температуре можно заливать бетон:

  1. От +5 до +20 градусов – нормальные условия для заливки бетона, приготовленного по стандартному рецепту.
  2. От нуля до +5 градусов – исключительно с использованием специальных добавок.
  3. От 0 до -20 градусов – со специальными добавками и прогревом.
  4. Идеальные условия – температура бетона +30 и воздуха +20, влажность до 100%.

как заливать бетон зимой

как заливать бетон зимой

Бетонирование зимой

Использовать бетон в мороз может понадобиться в самых разных случаях – когда невыгодно останавливать строительство на целый сезон, в случае выполнения экстренных работ и т.д. С учетом губительного воздействия минусовой температуры на материал и его технические характеристики, бетон нужно прогревать. В случае, когда температура внутри раствора выше температуры снаружи, могут появляться деформации.

Прогрев бетона осуществляется до момента набора критического показателя прочности. Если таковых данных нет в проектной документации, то значение принимают в 70% от проектной прочности. Когда есть требования со значениями водонепроницаемости/морозостойкости, то критическая прочность составляет 85% от проектной.

Основные методы прогрева бетона для заливки при минусе:

  • Прогрев самих компонентов для приготовления смеси.
  • Использование эффекта термоса.
  • Осуществление электронагрева.
  • Применение паропрогрева.

прогрев бетона зимой

прогрев бетона зимой

Таким образом, вопроса о том, при какой минимальной температуре можно заливать бетон, нет вообще. Задача заключается в том, чтобы в соответствии с условиями работ оптимально подготовить смесь и объект для сохранения технических свойств материала и основных требований по прочности, надежности, долговечности.

Самый простой и дешевый вариант – прогрев всех компонентов, использующихся для приготовления бетона. Их греют для того, чтобы в момент заливки бетон имел минимум +35-40 градусов.

Греют все материалы, кроме цемента: щебень/песок до +60, воду до +90, цемент просто на время оставляют в теплом помещении (чтобы был комнатной температуры). Потом смешивают все компоненты и выполняют заливку.

Метод термоса

Этот вариант актуален в случае заливки массивных конструкций. Дополнительного прогрева не предусматривается, но укладываемая смесь должна демонстрировать температуру в +10 градусов как минимум (лучше больше). Данный метод заключается в том, чтобы залитая смесь в процессе остывания успела приобрести критическую прочность.

Принцип работы этого метода заключается в том, чтобы бетон вступил в реакцию и начался процесс затвердевания, который является экзотермическим (то есть, сопровождается выделением тепла). Таким образом, бетоном будет выполняться самоподогрев. Если исключить теплопотери, бетон может прогреться до +70 и выше.

Опалубку надежно защищают теплоизолирующими материалами, устраняя теплопотери бетона, находящегося в процессе затвердевания. Вода не замерзает, бетонный монолит постепенно набирает прочность без разрушения внутренней структуры. Такой вариант используют для заливки фундаментов зимой, он считается наиболее простым и экономичным, так как не требует использования какого-либо оборудования.

обогрев бетона зимой при минусе

обогрев бетона зимой при минусе

Электронагрев бетонной смеси

Задумываясь о том, при каких температурах можно заливать бетон, многие рассматривают в качестве выхода из ситуации электропрогрев. Осуществляться прогрев может с использованием нескольких способов: с применением электродов, метода индукции и с различными электронагревательными устройствами.

Нагрев электродами осуществляется так:

  • В свежезалитую смесь вводят электроды.
  • Потом на электроды подают ток.
  • В процессе прохождения тока по электродам они нагреваются, передают тепло бетону.

Ток должен быть переменным, так как постоянный станет причиной прохождения процесса электролиза, который сопровождается выделением газа. Газ экранирует поверхность всех электродов, значительно возрастает сопротивление тока, в результате чего нагрев заметно снижается. В случае, если в бетоне уложена арматура, она может использоваться в качестве электрода.

прогрев бетона проводом

прогрев бетона проводом

Чтобы данный способ сработал, необходимо сделать так, чтобы бетон прогревался равномерно и максимум до +60 градусов. Расход электроэнергии в таких случаях обычно не превышает 80-100 кВт*ч на кубический метр бетонного раствора.

Индукционный нагрев применяется достаточно редко, так как его реализация предполагает ряд сложностей. Данный тип прогрева бетонной смеси работает на принципе бесконтактного нагрева высокочастотными токами электропроводящих материалов. Так, вокруг стальной арматуры мотают изолированный провод, а через него пропускают ток. Таким образом появляется индукция, арматура нагревается и греет бетон. Расход электроэнергии составляет обычно 120-150 кВт*ч на кубический метр бетона.

Применение электронагревательных приборов предполагает использование самых разных средств для уменьшения негативного воздействия мороза на процесс гидратации смеси. Это могут быть греющие маты, к примеру, которые раскладывают на бетон и затем подключаются к сети. Можно сделать над залитым монолитом что-то типа палатки, установить внутри тепловую пушку и греть.

Тут важно обеспечить удержание влаги в бетоне, чтобы он, в процессе прогрева, не пересох, что также негативно влияет на качество и прочность, как и холод (при замерзании). Расход электроэнергии (при условии, что температура окружающего воздуха составляет около -20 градусов) составляет 100-120 кВт*ч на кубический метр.

прогрев бетона в отрицательные температуры

прогрев бетона в отрицательные температуры

Паропрогрев бетона в зимнее время

Когда температура окружающей среды на нуле или ниже, есть смысл задуматься о прогреве бетона паром. Данный метод особенно эффективен для тонкостенных конструкций. В опалубке с внутренней стороны делают каналы, через них пускают пар. Иногда делают двойную опалубку, а пар пропускают между двумя стенками.  Можно смонтировать трубы внутри бетона, а затем по ним пускать пар.

С использованием данного метода можно прогреть бетон до +50-80 градусов. Столь высокая температура и оптимальная влажность ускоряют в несколько раз процесс твердения. Так, за 2 суток при паропрогреве бетон набирает прочность, аналогичную твердению в течение недели в нормальных условиях.

Единственный недостаток данного метода – существенные затраты времени, финансов и усилий для его реализации.

как заливать зимой бетон

как заливать зимой бетон

Использование присадок при морозе

Сегодня очень распространено использование противоморозных добавок и особых химических ускорителей твердения бетона. Чаще всего в качестве этих добавок выступают нитрит натрия, хлористые соли, карбонат кальция и другие. Добавки существенно понижают температуру замерзания воды, активизируют гидратацию цемента (таким образом повышается температура застывания бетона).

Благодаря введению в состав смеси добавок можно избежать необходимости прогрева. Некоторые добавки способны повысить стойкость бетона к морозу настолько, что вопрос о том, можно ли заливать бетон при минусе, не стоит вообще: гидратация проходит даже при окружающей температуре -20 градусов.

противоморозные добавки в бетон

противоморозные добавки в бетон

Но, несмотря на все преимущества, присадки обладают и некоторыми недостатками.

О чем нужно помнить, вводя в бетон присадки:

  • Они пагубно влияют на арматуру – может начаться процесс коррозии, поэтому актуально вводить добавки лишь в неармированный бетон.
  • Добавки позволяют бетону набрать прочность, равную максимум 30% от проектной, а потом при оттаивании смеси (при плюсовой температуре) процесс набора прочности продолжается. В связи с этим, по СНиП, добавки нельзя вводить в бетон, работающий в условиях динамических нагрузок (молоты, вибростанки и т.д.).

Основные виды противоморозных добавок:

  1. Сульфаты – активно выделяют тепло, сопровождая процесс гидратации. Прочно связываются с труднорастворимыми соединениями, для снижения температуры замерзания смеси их использовать нельзя.
  2. Антифриз – уменьшает температуру кристаллизации жидкости, увеличивает скорость схватывания раствора, на скорость формирования структур не влияет.
  3. Ускорители – повышают растворимость силикатных компонентов цемента, они реагируют с продуктами гидратации, создают основные и двойные соли, которые понижают температуру замерзания жидкости в растворе.

добавки для бетонирования на морозе

добавки для бетонирования на морозе Наиболее распространенные противоморозные добавки:

  • Карбонат кальция (поташ) – кристаллическое вещество, противоморозный компонент, который ускоряет схватывание и затвердевание. Понижает прочность бетонного монолита на 20-30%, поэтому его обычно сочетают с сульфидно-дрожжевой бражкой (тетраборатом натрия) в концентрации максимум 30%.
  • Тетраборат натрия (сульфатно-дрожжевая бражка) – смесь солей кальция, натрия, аммония либо лигносульфоновых кислот. Добавка используется в виде примеси к поташу, не дает бетону терять прочность.
  • Нитрит натрия – кристаллический порошок, ядовитое пожароопасное вещество, применяется при возведении многоэтажных зданий, легко растворяется, не разрушает арматуру, повышает скорость застывания в 1.5 раза.
  • Формиат кальция или натрия – используется с пластификаторами в объеме не более 2-6% от массы раствора. Добавляется в процессе замеса.
  • Аммиачная вода – раствор аммиака в концентрации 10-12%, не провоцирует корродирования металла, не дает высолов.

Бетонирование в условиях сухого жаркого климата

Бетон не любит не только мороза, но и жары. Когда температура воздуха повышается до +35 и выше, а влажность находится на уровне 50%, вода испаряется слишком быстро, что провоцирует нарушение водоцементного баланса. Гидратация замедляется либо прекращается вовсе, в связи с чем бетон нужно защищать от слишком быстрой потери влаги.

Для понижения температуры смеси используют охлажденную (либо разбавленную льдом) воду. Так устраняют быстрое испарение воды в процессе укладки смеси. Через определенное время смесь нагревается, поэтому важно обеспечить герметичность опалубки (чтобы вода не испарялась через щели). Опалубка также может впитывать влагу, в связи с чем для ограничения адгезии бетона и материала конструкции до заливки ее обрабатывают специальными составами.

прогрев бетона матами

прогрев бетона матами

Твердеющий бетон защищают от прямых ультрафиолетовых лучей – поверхность укрывают брезентом (мешковиной), каждые 3-4 часа осуществляют смачивание поверхности. Увлажнение может понадобиться все 28 суток набора прочности монолитом.

Часто для защиты бетона от жары используют такой метод: над поверхностью создают воздухонепроницаемый колпак из ПВХ пленки толщиной минимум 0.2 миллиметра.

Приготовленный по рецепту бетон способен схватиться, затвердеть и приобрести все проектные характеристики при окружающей температуре +20 градусов и влажности около 100%. В случае проведения работ на морозе или жаре необходимо позаботиться о мерах прогрева или охлаждения, которые будут гарантировать прочность и долговечность готовой конструкции.

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.

бетонирование при отрицательных температурах

бетонирование при отрицательных температурах

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.

заливка бетона при минусовых температурах

заливка бетона при минусовых температурах

Методики бетонирования в зимних условиях

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

Для этого используют:

  • 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.

как заливать бетон на морозе

как заливать бетон на морозе

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.

методы заливки бетона на морозе

методы заливки бетона на морозе

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.

добавки для бетонирования на морозе

добавки для бетонирования на морозе 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.

работа с бетоном на морозе минусе

работа с бетоном на морозе минусе

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.

без прогрева и с прогревом

Фундамент – основополагающая конструкция, от качества которого зависят геометрические, технические и эксплуатационные характеристики возводимого сооружения. Из-за специфики процесса отвердевания заливкой бетонных и железобетонных фундаментов нежелательно заниматься зимой во избежание их деформации и преждевременного разрушения. Минусовые показания термометра существенно ограничивают строительство в наших широтах. Однако в случае необходимости заливка бетона при отрицательных температурах все же может быть успешно проведена, если выбран верный способ и с точностью соблюдена технология.

Особенности зимней «национальной» заливки

Капризы природы нередко вносят коррективы в планы застройки на отечественной территории. То проливной дождь мешает рытью котлована, то шквальный ветер прерывает сооружение крыши, то стесняет наступление дачного сезона.

Первые заморозки вообще в корне меняют ход работ, особенно если планировалась заливка бетонного монолитного основания.

Чем отличается зимняя заливка бетона от летнего варианта

Бетонная фундаментная конструкция получается в результате твердения залитой в опалубку смеси. В ее составе фигурируют три практически равных по значению компонента: заполнитель и цемент с водой. Каждый из них вносит весомый вклад в формирование прочного ж/б сооружения.

По объему и массе в теле создаваемого искусственного камня преобладает заполнитель: песок, гравий, дресва, щебень, битый кирпич и т.д. По функциональным критериям лидирует связующее вещество — цемент, доля которого в составе меньше, чем доля заполнителя в 4 -7 раз. Однако именно он связывает сыпучие компоненты воедино, но действует только в паре с водой. По сути, вода настолько же важная составляющая бетонной смеси, как и цементный порошок.

Вода в бетонной смеси обволакивает мелкодисперсные частицы цемента, вовлекая его в процесс гидратации, следом за которым наступает стадия кристаллизации. Бетонная масса не застывает, как принято говорить. Она твердеет путем постепенной потери молекул воды, происходящей от периферии к центру. Правда, в «переходе» бетонной массы в искусственный камень участвуют не только компоненты раствора.

На правильное течение процессов немалое влияние оказывает окружающая среда:

  • При значениях среднесуточной температуры от +15 до +25ºС твердение бетонной массы и набор прочности проходит в нормальном темпе. В указанном режиме бетон превращается в камень через указанные в нормативах 28 дней.
  • При среднесуточных показаниях термометра +5ºС твердение замедляется. Требующейся прочности бетон достигнет примерно через 56 дней, если ощутимых колебаний температур не предвидится.
  • При достижении 0ºС процесс твердения приостанавливается.
  • При отрицательных температурах залитая в опалубку смесь замораживается. Если монолит уже успел набрать критическую прочность, то он после оттаивания весной он бетон вновь вступит в фазу твердения и продолжит ее до полноценного набора прочности.

Критическая прочность тесно связана с маркой цемента. Чем она выше, тем меньше суток необходимо бетонной смеси до ее набора.

Критическая прочность бетона разных марок при зимней заливке

В случае недостаточного набора прочности перед замораживанием качество бетонного монолита будет весьма сомнительным. Замерзающая в бетонной массе вода станет кристаллизоваться и увеличиваться в объеме.

В результате возникнет внутреннее давление, разрушающее связи внутри тела бетона. Увеличится пористость, из-за которой монолит будет больше пропускать в себя влаги и слабее противостоять морозам. Как следствие, сократятся эксплуатационные сроки или вовсе придется снова делать работу с ноля.

Как набирает прочность бетон при заливке при минусовых температурах

Можно ли заливать бетон зимой и какой способ выбрать

Минусовая температура и устройство фундамента

Спорить с погодными явлениями бессмысленно, к ним нужно грамотно приспосабливаться. Потому и возникла мысль о разработке методов устройства ж/б фундаментов в наших непростых климатических условиях, возможных для реализации в холодный период.

Отметим, что применение их увеличит бюджет строительства, потому в большинстве ситуаций рекомендовано прибегать к более рациональным вариантам устройства фундаментов. Например, использовать буронабивной способ или провести строительство из пенобетонных блоков заводского производства.

В распоряжении тех, кого не устраивают альтернативные способы, есть несколько проверенных удачной практикой методик. Их назначение заключается в доведении бетона до состояния критической прочности перед замораживанием.

По типу воздействия их условно можно разделить на три группы:

  • Обеспечение внешнего ухода за залитой в опалубку бетонной массой до стадии набора критической прочности.
  • Повышение температуры внутри бетонной массы до момента достаточного твердения. Выполняется посредством электропрогрева.
  • Введение в бетонный раствор модификаторов, понижающих точку замораживания воды или активизирующий процессы.

На выбор метода зимнего бетонирования влияет внушительное количество факторов, таких как имеющиеся на площадке источники электропитания, прогноз синоптиков на период твердения, возможность привести разогретый раствор. Исходя из местной конкретики, выбирается наилучший вариант. Самой экономичной из перечисленных позиций считается третья, т.е. заливка бетона при минусовой температуре без прогрева, предопределяющая внесение модификаторов в состав.

Как проходит заливка бетона при отрицательных температурах

Как залить бетонный фундамент зимой

Чтобы знать, каким методом лучше воспользоваться для выдерживания бетона до критических показателей прочности, нужно знать их характерные особенности, ознакомиться с минусами и плюсами.

Заметим, что ряд способов используется в комплексе с каким-либо аналогом, чаще всего с предварительным механическим или электрическим нагревом компонентов бетонной смеси.

Внешние условия «для созревания»

Благоприятные для твердения внешние условия создаются снаружи объекта. Заключаются в поддержании температуры среды, окружающей бетон, на нормативном уровне.

Как дешевле залить бетон при отрицательных температурах

Уход за залитым «в минус» бетоном осуществляется следующими способами:

  • Метод «термоса». Наиболее распространенный и не слишком затратный вариант, состоящий в защите будущего фундамента от внешних воздействий и потерь тепла. Опалубку крайне оперативно заполняют бетонной смесью, разогретой выше стандартных показателей, быстро укрывают пароизоляционными и теплоизоляционными материалами. Изоляция не дает бетонной массе остывать. К тому же в процессе твердения бетон сам выделяет около 80 ккал тепловой энергии.
  • Выдерживание залитого объекта в тепляках — искусственных укрытиях, оберегающих от внешней среды и позволяющих проводить мероприятия по дополнительному прогреву воздуха. Вокруг опалубки возводятся трубчатые каркасы, укрытые брезентом или обшитые фанерой. Если для повышения температуры внутри устанавливаются жаровни или тепловые пушки для поставки нагретого воздуха, то способ переходит в следующую категорию.
  • Воздушный обогрев. Предполагает сооружение вокруг объекта замкнутого пространства. По минимуму опалубку закрывают шторами из брезента или подобного материала. Желательно, чтобы шторы были с теплоизоляцией для увеличения эффекта и сокращения затрат. В случае применения штор пар или поток воздуха из тепловой пушки поставляется в зазор между ними и опалубкой.

Нельзя не заметить, что реализация указанных методов увеличит бюджет строительства. Самый рациональный «термос» заставить купить укрывной материал. Сооружение тепляка еще дороже, а если к нему еще и обогревательную систему арендовать, то стоит задуматься о цифре расходов. Их применение целесообразно, если нет альтернативы типа свайного фундамента и залить необходимо монолитную плиту под заморозку и весеннее размораживание.

Следует помнить, что многократное размораживание разрушительно для бетона, потому внешний обогрев обязательно следует довести до требующегося параметра твердения.

Как без прогрева залить и выдержать бетонный фундамент зимой

Способы зимней заливки бетонного фундамента с внешним обогревом

Способы обогрева бетонной массы

Вторая группа методов применяется преимущественно в индустриальном строительстве, т.к. нуждается в наличии источника энергии, в точных расчетах и в участи профессионального электрика. Правда, народные умельцы в поисках ответа на вопрос, можно ли заливать обычный бетон в опалубку при минусовой температуре, нашли весьма остроумный выход с поставкой энергии сварочным аппаратом. Но и для этого нужны хотя бы первоначальные навыки и познания в непростых строительных дисциплинах.

В технической документации способы электропрогрева бетона делятся на:

  • Сквозные. Согласно чему бетон прогревается электрическими токами, которые поставляют проложенные внутри опалубки электроды, которые могут быть стержневыми или струнными. Бетон в этом случае играет роль сопротивления. Расстояние между электродами и подаваемая нагрузка должны быть точно рассчитаны, а целесообразность их применения безоговорочно доказана.
  • Периферийные. Принцип заключается в нагревании поверхностных зон будущего фундамента. Тепловая энергия поставляется нагревательными приборами через присоединенные к опалубке ленточные электроды. Это может быть полосовая или листовая сталь. Внутрь массива тепло распространяется за счет теплопроводности смеси. Эффективно толща бетона прогревается на глубину 20см. Дальше меньше, но при этом формируются напряжения, существенно улучшающие критерии прочности.

Методы сквозного и периферийного электропрогрева используются в неармированных и мало армированных конструкциях, т.к. арматура влияет на разогревающий эффект. При густой установке арматурных прутков токи будут замыкаться на электроды, да и формируемое поле будет неравномерным.

Электроды по окончании прогрева навсегда остаются в конструкции. В списке периферийных методик самой известной является применение греющей опалубки и инфракрасных матов, укладываемых поверх сооружаемого основания.

Методы электродного прогрева бетонной массы

Наиболее рациональным способом прогрева бетона признано выдерживание с помощью электрического кабеля. Греющий провод можно проложить в конструкциях любой сложности и объема, не зависимо от частоты армирования.

Минус греющих технологий состоит в возможности пересушить бетон, потому для проведения требуются расчеты и регулярный контроль температурного состояния конструкции.

Кондукционный метод ухода за бетоном при заливке зимой

Введение добавок в бетонный раствор

Введение добавок — самый простой и дешевый способ бетонирования при минусовых температурах. Согласно нему заливка бетона зимой может выполняться без применения прогрева. Однако метод вполне может дополнять тепловую обработку внутреннего или наружного типа. Даже при использовании его вкупе с обогревом твердеющего фундамента паром, воздухом, электричеством ощущается снижение расходов.

В идеале обогащение раствора добавками лучше всего сочетать с сооружением простейшего «термоса» с утолщением теплоизоляционной оболочки на участках с меньшей толщиной, на углах и прочих выступающих частях.

Добавки, применяемые в «зимних» бетонных растворах делятся на два класса:

  • Вещества и химические соединения, понижающие точку замерзания жидкости в растворе. Обеспечивают нормальное твердение при минусовых температурах. К ним отнесены поташ, хлорид кальция, хлорид натрия, нитрит натрия, их сочетания и подобные вещества. Вид добавки определяют, исходя из требований к температуре твердения раствора.
  • Вещества и химические соединения, ускоряющие процесс твердения. К ним отнесены поташ, модификаторы с основой из смеси хлорида кальция с мочевиной или нитрит-нитратом кальция, его же с хлоридом натрия, одним нитрит-нитратом кальция и др.

Химические соединения вводятся в объеме от 2 до 10% от массы цементного порошка. Количество добавок подбирают, ориентируясь на ожидаемую температуру твердения искусственного камня.

В принципе, применение противоморозных добавок позволяет проводить бетонирование и при -25ºС. Но подобные эксперименты не рекомендованы строителям объектов частного сектора. На самом деле к ним прибегают поздней осенью при единичных первых заморозках или ранней весной, если бетонный камень обязательно должен отвердеть к определенному сроку, а альтернативных вариантов не имеется.

Какие добавки нужны для заливки бетона при отрицательных температурах

Распространенные противоморозные добавки для заливки бетона:

  • Поташ или иначе углекислый калий (К2СО3). Самый востребованный и простой в применении модификатор «зимнего» бетона. Его использование в приоритете из-за отсутствия коррозии арматуры. Для поташа не характерно появление соляных разводов на поверхности бетона. Именно поташ гарантирует твердение бетона при показаниях термометра до —25°С. Недостаток его введения состоит в ускорении темпов схватывания, из-за чего управиться с заливкой смеси нужно будет максимум за 50 минут. С целью сохранения пластичности для удобства заливки в раствор с поташом добавляют мылонафт или сульфитно-спиртовую барду в объеме 3% от массы цементного порошка.
  • Нитрит натрия, иначе соль азотистой кислоты (NaNO2). Обеспечивает бетону стабильный набор прочности при температуре до —18,5°С. Соединение обладает антикоррозионными свойствами, повышает интенсивность твердения. Минус в появлении выцветов на поверхности бетонной конструкции.
  • Хлорид кальция (CaCl2), позволяющий проводить бетонирование при температурах до —20°С и ускоряющий схватывание бетона. При необходимости введения в бетон вещества в количестве более 3% необходимо увеличивать марку цементного порошка. Недостаток применения заключается в появлении высолов на поверхности бетонной конструкции.

Приготовление смесей с противоморозными добавками производится особым порядком. Сначала перемешивается заполнитель с основной частью воды. Затем после легкого перемешивания добавляют цемент и воду с разведенными в ней химическими соединениями. Время перемешивания увеличивают в 1,5 раза по сравнению со стандартным периодом.

Поташ в объеме 3-4% от массы сухого состава добавляется в бетонные растворы, если отношение вяжущего вещества к заполнителю 1:3, нитрит нитрата в объеме 5-10%. Оба противоморозных средства не рекомендовано использовать в заливке конструкций, эксплуатируемых в обводненной или очень влажной среде, т.к. они способствуют образованию щелочей в бетоне.

Недорогая заливка бетона при отрицательных температурах без прогрева

Сколько времени выдерживать бетон с присадками после заливки зимой
В заливке ответственных сооружений лучше использовать холодные бетоны, приготовленные механическим способом в заводских условиях. Их пропорции с точностью рассчитываются с ориентиром на конкретную температуру и влажность воздуха в период заливки.

Приготовляют холодные смеси на горячей воде, доля добавок вводится в четком соответствии с погодными условиями и с типом сооружаемой конструкции.

Сколько добавки нужно для заливки бетона при отрицательных температурах

Видео-рекомендации для зимнего бетонирования

Методы заливки бетона в зимний период:

Зимнее бетонирование с устройством тепляка:

Противоморозное средство для зимнего бетонирования:

Перед заливкой растворов с противоморозными добавками не обязательно прогревать дно котлована или траншеи, вырытой под фундамент. Перед заливкой подогреваемых составов прогрев дна обязателен во избежание неровностей, которые могут получиться из-за растаявшего в грунте льда. Заливка должна выполняться в один день, в идеале в один прием.

Если перерывов не избежать, интервалы между заливками бетонного раствора необходимо свести к минимуму. При соблюдении технологических тонкостей бетонный монолит наберет необходимый запас прочности, законсервируется на зиму и продолжит твердение с приходом теплого времени. Весной можно будет приступить к возведению стен по готовому надежному основанию.

Правильная заливка бетона зимой или когда холодно

На большей части территорий нашей страны холодная или прохладная температура сохраняется на протяжении более половины года. Если учесть, что при бетонных работах «зима» начинается с понижения температуры до +5oC, то «окно» для проведения работ с бетоном очень небольшое. Однако его можно расширить, причем значительно, за счет использования различных средств. Это так называемые технологии зимней заливки бетона. Правильная заливка бетона в зимнее время возможна с использованием этих технологий, о них расскажем в статье.

Что происходит в бетоне при замерзании

При нормальном течении процесса отвердевания бетона, влага служит «склеивающим» элементом для частиц цемента. При ее переходе в твердое состояние все процессы останавливаются.

Но это — не единственная проблема. Известно, что при замерзании объем воды увеличивается примерно на 9%. В результате внутри массы бетона образуется повышенное давление.  Если зерна цемента до этого момента еще не набрали некоторого уровня прочности, они под воздействием давления, разрушаются. После рамерзания они уже не обретут свои свойства в полной мере и бетон не будет достаточно крепким.

Чтобы зимний бетон был крепким, необходимр создать условия или присадки для его вызревания

В зимней заливке армируемых фундаментов есть еще один неблагоприятный момент. Сталь — отличный проводник тепла, и она способствует отводу тепла из толщи бетона. Обладая хорошими теплопроводными свойствами, прутки быстро остывают. Вокруг них вода замерзает в первую очередь. Лед оттесняет частицы бетона, на их место приходит пока не замерзшая вода из еще теплых слоев. Она тоже замерзает, еще дальше оттесняя бетон. В результате массив уже не является монолитом: каркас не связан с бетонным камнем. Прочность такого основания после размораживания и окончательного отвердения будет в разы ниже.

Их всех этих процессов следует, что чем меньше воды в несвязном состоянии будет находиться к моменту замерзания, тем меньше будут потери прочности. Путем различных экспериментов и расчетов были определены граничные значения прочности, при которых бетон можно замораживать. Называются  они точкой критической прочности. В зависимости от класса бетона и назначения здания, типа использования сооружения, требуется дождаться созревания некоторых составов на 20%, для других требуется все 100%.

Критическая прочность бетона в зависимости от его марки

Для железобетонов с ненапрягаемой арматурой (тип, который используется в частном домостроении)  она составляет 50%, для фундаментов, которые будут подвергаться попеременной разморозке/заморозке (бани и дачные домики без отопления) — 70%. После достижения этой точки фундамент можно заморозить. После оттаивания все процессы в нем возобновятся. Потери прочности при этом составляют не более 6%.

Способы бетонирования в зимних условиях

Скорость процесса твердения зависит от температуры раствора. При ее повышении активность воды значительно возрастает, скорость набора прочности повышается. Потому при проведении бетонных работ зимой или при температурах ниже +5oC, важно создать и поддержать требуемый уровень нагрева. Оптимальная температура вызревания раствора составляет от +20oC до +30oC. Для этого есть несколько способов:

  • раствор делать подогретым;
  • опалубку утеплить;
  • использовать присадки и добавки, которые ускоряют твердение и/или понижают точку заморозки воды;
  • подогревать уже залитую бетонную массу.

Все эти методы неплохо работают. Их используют по одиночке или в комплексе.

Заливка в зимнее время проводится подогретым раствором

Прежде всего, необходимо правильно выбрать цемент для зимнего бетонирования фундамента. Известно, что во время твердения бетона происходят реакции, при которых теплота выделяется. Для зимы  — отличная особенность. При этом большее количество тепла выделяют быстротвердеющие портландцементы и составы высоких марок. Потому для замеса при низких или минусовых температурах имеет смысл купить именно их.

Только это позволит вам залить фундамент ленточный или плитный фундамент при плюсовых температурах днем, и незначительных заморозках по ночам. Но при этом, потребуется замес делать теплым (читайте ниже), а также после заливки фундамент нужно будет опалубку теплоизолировать: покрыть матами, соломой и т.д. Если у вас уже закуплен теплоизолятор, можно использовать его, только следить необходимо за его состоянием, прикрыть пленкой или другими влагоизолирующими материалами.

Повышение температуры в процессе замеса

Во время зимней заливки фундамента температуру раствора доводят до 35-40oC. Для этого разогревают воду и засыпку. Цемент греть ни в коем случае нельзя: он «заварится» и станет практически бесполезным.

Для замеса в зимнее время используют горячую воду и подогретую засыпку. Цемент греть нельзя.

Хорошо, если есть возможность использовать бетономешалку с электроподогревом: ее включают в сеть и барабан разогревается. В другом случае, желательно прогреть его предварительно, прокрутив разогретую воду.

При замесе воду нагревают до 90 oC. Щебень и песок необходимо разогреть до 60 oC. Делают это обдувом горячим воздухом, прогревом в специальных печах. Печи — это для частного строителя из области фантастики, но можно устроить обдув горячим воздухом. Например, от печи или костра протянуть несколько труб-воздуховодов внутрь кучи щебня или песка.

Еще раз обращаем внимание: цемент не греть. Его можно занести в теплое помещение, чтобы он принял комнатную температуру, но подогревать нельзя.

При зимнем замесе раствора меняется порядок закладки составляющих: заливается вода, в нее засыпается щебень и песок. После нескольких оборотов добавляется цемент.

Ко всему необходимо еще и увеличить время замеса. Он должен быть длительнее на 20-50%: за счет лучшего перемешивания, активизируются реакции и повышается температура при твердении.

Утепление и подогрев раствора

Для продления времени остывания бетона требуется по максимуму сохранить тепло. Потому, используя все возможные средства и доступные материалы, проводят утепление стенок опалубки. Можно использовать брезент,  маты, старые какие-то теплые вещи, забить промежуток между стенками опалубки и грунтом, соломой. Да что угодно, лишь бы тепло не утекало в воздух.

Одна из задач — сохранить тепло раствора

В этом случае пригодиться может опалубка из пенополистирола — он имеет плохую теплопроводность, что в данных условиях — несомненный плюс. Обычно такая опалубка несъемная, и после вызревания бетона вы получаете влаго- и теплоизолированный фундамент. Подробнее о типах опалубки читайте тут.

При строительстве в промышленных масштабах применяется также электрический подогрев при помощи разного рода электродов. Они располагаться могут на поверхности, закрепляться на опалубке или вводиться внутрь бетонного раствора.  Способ, эффективный, но реализуется в частном строительстве редко. Очень дорогое это удовольствие: расход электричества на подогрев кубометра бетона 60-80 кВт/час. При этом необходимо строго контролировать температуру: измерять каждые два часа (или чаще) и при достижении отметки в +30 oC отключать его. Потом через некоторое время снова включить. Контроль должен быть круглосуточным.

При заливке фундамента своими руками зимой, реально использовать только греющие кабели. Их прикрепляют с внутренней стороны к опалубке, и после ее снятия демонтируют. Есть второй вариант — «утопить» провод в бетоне. Оба способа действуют неплохо, но только при условии изолированных от холода стенок.

Греющие маты укладывают на поверхность бетона и включают в сеть

Есть еще в продаже специальные греющие маты для подогрева бетона. Они раскладываются на поверхности, включаются в сеть. Его стоимость — 2,5 тыс руб/м2.

Для сохранения температуры стоят над объектом тепляки. Это конструкции, очень сильно напоминающие теплицы. И задача у них аналогична: сохранить тепло. Возводят каркас, его обтягивают пленкой или другими подобными материалами. Внутри ставят печку, тепловую пушку и т.д., с их помощью  поддерживают плюсовую температуру. Но при этом необходимо также не забывать об увлажнении, чтобы влага из раствора не испарялась.

Еще один метод подогрева бетона — с использованием инфракрасных излучателей. Этот метод хорош тем, что под воздействием волн греется непосредственно сам раствор. Излучатели закрывают алюминиевыми кожухами, создавая направленный поток. Однако для эффективного прогрева понадобится большое количество ламп.

Присадки и добавки

Еще один способ заливки бетона при отрицательных температурах — использование химических веществ. Некоторые из них ускоряют затвердевание на начальной стадии процесса. Массовая доля всех добавок — не больше 2% от массы цемента. Большие количества могут негативно повлиять на качество бетона, потому придерживайтесь рецептур.

Один из способов зимнего бетонирования — добавление в замес специальных противоморозных присадок

Наиболее распространенная присадка, повышающая «морозоустойчивость» бетона и ускоряющая его твердение, — хлористый кальций. Еще используют поташ и нитрат натрия. Если добавить их при обычном замесе, температура замерзания снизится до -3oC.

Одно «НО». Хлориды использовать для армируемых бетонов нельзя — они провоцируют быстрое разрушение стали. Так что самый распространенный ускоритель твердения бетона — хлористый кальций — для заливки фундамента не подходит.

Заливка бетона при минусовой температуре возможна, если с теми же присадками раствор подогреть. В этом случае можно работать при -15oC. Но для нормального качества фундамента потребуется утепление заливки и соблюдение несложных, но обязательных правил.

Правила зимней заливки бетона

Раствор выливают в подготовленную опалубку. Подготовка состоит в удалении наледи и снега, разогреве арматуры и дна фундамента. Вот это — самый сложный этап. Соскоблить наледь — это полбеды, а прогреть арматуру и весь периметр фундамента — проблема. Температура не должна быть высокой, но необходимо добиться положительных ее значений.

Как вариант можно рассмотреть устройство переносных жаровен, которые опускают в котлован, и там разжигают. Возможно использование тепловых пушек, работающих от баллонов с газом. Использование других средств затруднено, из-за их большой стоимости.

Перед заливкой теплого раствора необходимо нагреть основание и арматуру до положительных температур

По этой причине бетонировать зимой плитные фундаменты проблематично: такие площади не разогреть. Для этого типа оснований «зима» ограничится легкими заморозками ночью и положительной дневной температурой. Заливку можно начинать после того, как арматура и дно будут иметь положительную температуру.

Ленточный фундамент можно заливать  и при морозах: подогреть такое основание и арматуру в ограниченном объеме реально. Непросто, но возможно.

Организовать все можно поэтапно. Разбить всю ленту на небольшие участки, начать прогрев одновременно или с некоторым временным промежутком на нескольких из них (два-три в зависимости от времени, необходимого на замес и подогрев котлована). Начать заливку одного участка, перенеся жаровни дальше. Пока будет заливаться первый разогретый участок, следующий наберет необходимую температуру. Залитый участко сразу закрывают теплоизолирующими материалами и переходят к следующему, так и продвигаясь по всему периметру.

Обязательно необходимо сбить наледь и нагреть арматуру — только так фундамент будет прочным

Механизм понятен. Так можно заливать фундамент бетоном при -15oC (но с соответствующими добавками, «горячим» замесом и мерами по сохранению тепла).

Еще одно важное условие — работа должна вестись непрерывно. Зимой заливать фундамент частями нельзя. Это на 100% верно. Промежуток между заливками должен быть такой, чтобы на поверхности предыдущей части не успела образоваться пленка, а тем более, чтобы влага не замерзла. Работы должны вестись постоянно до окончания заливки.  Залитые части сразу нужно прикрывать теплооизолирующими матами. Как видите, для этой работы нужны несколько человек. Один со всеми задачами не справится.

Обратите внимание, что максимальная температура раствора должна быть 35-40oC. Ее превышение ведет к замедлению процессов отвержения. Ситуация будет, конечно лучше, чем при замерзании, но ненамного.

Итоги

Заливка фундамента зимой — нелегкая задача, но возможная даже своими руками. Понадобятся помощники и тщательная подготовка, но сделать нормальное основание можно и при минусовых температурах. При какой температуре можно заливать бетон? Зависит от его состава, но для частников реально, пусть и с большими затратами, добиться нормального качества при температурах не ниже -10- 5oC. Меньшими затратами обернется заливка при плюсовой температуре днем и заморозках ночами.

варианты и их особенности, рекомендации специалистов

Строительные работы, особенно при сжатых сроках исполнения, зачастую проводятся в крайне неудобных погодных условиях. Заливка фундамента, его срочный ремонт или формирование бетонного пола – то есть любые действия, подразумевающие готовку и укладку бетонной массы, лимитированы довольно узким диапазоном температурных значений окружающей среды.

Точнее, низкие температуры оказывают немалое влияние на течение процессов структурного схватывания, отвердения и набора бетоном полноценной марочной прочности.

Чтобы разобраться в осуществимости заливки бетона при низких и минусовых температурах, рассмотрим разработанные технологии, призванные предупредить потенциально возможные неприятности.

Специфика бетонного раствора

Комплекс физико-химических свойств бетона обуславливает оптимальную температуру работы с ним. Диапазон составляет от +17,3 до +25,8 градуса. Подходящие условия гарантируют набор заявленной марочной прочности схватившегося и отвердевшего раствора приблизительно через 27–29 суток.

Скорость гидратационного процесса в цементе существенно замедлится при снижении температуры менее +17 С и практически полностью останавливается при +5,2 С. Дальнейшее падение до минусовых значений вызовет замерзание воды, содержащейся в растворе с формированием большего по суммарному объёму ледяного вещества. Появляющиеся силы распирающего (внутреннего) давления ведут к потере плотности и разрыхлению внутренней структуры бетона. Остающаяся монолитность поддерживается только за счёт прочно смёрзшейся влаги.

Когда температура возрастёт, вода начнёт оттаивать и реакция цементной гидратации возобновится с постепенным затвердеванием бетона. Но, последствия предыдущего нарушения структурных связей при заморозке негативно отразится на прочности созданного монолита.

После ряда экспериментальных исследований и специальных расчётов были выявлены критические точки, ограничивающие пределы в которых различные марки бетонных смесей без существенных последствий могли бы замораживаться. Критический уровень прочности, который необходимо набрать бетону для прекращения заметных воздействий на прочностные характеристики возводимой конструкции был зафиксирован на уровне в 50% от показателя марочной прочности.

Посмотрите видео о заливке бетона в зимнее время

В результате, работы по заливке бетонного раствора при низких (отрицательных) температурах сводятся к принятию эффективного комплекса мер, препятствующих замерзанию жидкой воды до времени полноценного набора внутренней критической прочности. Для этого применяются несколько эффективных методик:

— подогрев уложенной смеси;

— изготовление раствора из заранее подогретых компонентов;

— холодное бетонирование составом, содержащим дополнительные химические присадки, уменьшающие точку замерзания;

— утепление опалубки.

Каждый способ имеет своё рациональное применение, что определяется исполнением заявленных характеристик прочности, доступностью и наличием энергоресурсов, а также, объёмом возводимого строения. Однако, метеоусловия являются определяющим обстоятельством при выборе оптимального варианта заливки.

Принять к сведению! Все способы, упомянутые выше, можно применять отдельно (поодиночке) или в комплексе!

Подогрев уложенной бетонной смеси

В создании хороших условий для нормального вызревания бетонной массы при внешних отрицательных температурах помогает электрический ток, подведённый непосредственно к электродам. Особые металлические пластины или стержни погружают в раствор или размещают на поверхности опалубки, подсоединив к различным полюсным контактам источника электротока. Бетон, содержащий достаточное количество воды, замыкает цепь. За счёт наличия собственного сопротивления он преобразует в тепло всю электроэнергию, нагреваясь при этом.

Такая методика существенно сокращает период вызревания бетона, который может приобретать до 78,4% критической прочности уже к 26-дневному возрасту.

Описываемая технология применяется только для малоармированных или вовсе неармированных конструкций. Это, наряду с экономически затратным расходом электричества, является весомым недостатком рассматриваемого способа обогрева раствора.

В частном строительстве, где фундаменты не отличаются объёмностью, будет лучше осуществить прокладку согревающих кабелей по внутренней поверхности опалубочных щитов или по арматурному остову. Одновременно нужно надёжно термоизолировать всю конструкцию, не оставляя возможности теплу «уходить» через стенки.

Внимание! Подогрев бетонной массы требует надлежащего круглосуточного контролирования. Измерения следует делать регулярно, каждые несколько часов. Нельзя допускать нагрева свыше 30 градусов!

Вторым, более современным способом внешнего теплового воздействия, используемым в зимнем строительстве, является применение специальных термоматов. В принципе, это электрогрелки больших размеров, состоящие из герметичной водонепроницаемой оболочки, теплоизоляции и нагревательного элемента.

Согревающие маты способствуют равномерному распространению температурного поля внутри бетона и на окружном расстоянии до 19,5 см. Такие термоматы можно использовать при внешней температуре до –20 градусов.

Бетонирование разогретым раствором (использование собственного тепла)

Такой способ эффективен в применении, если суточные температурные колебания едва опускаются ниже нулевой отметки, а также когда заморозки минимальны (до –4 С). Методика заключается в закладке нагретой бетонной смеси в предварительно подготовленную утеплённую опалубку.

Особенность! В данном случае очень важно грамотно подобрать марку порошкового цемента. Чем выше числовая маркировка, тем меньше времени требуется на схватывание и последующее затвердевание смеси. Будет больше выделяться тепловой энергии при гидратации!

Производить замес нужно на воде, разогретой до 85 градусов (это минимальное значение) и наполнителях, заблаговременно прогретых потоком горячего воздуха.

Здесь, порядок закладки смешиваемых компонентов отличается от обычной технологии:

— заливается вода в бетономешалку;

— добавляется щебень со строительным песком;

— порошковый цемент (комнатная температура) вводится в последнюю очередь, только после трёх (минимум) оборотов бака установки.

Важно! Недопустимо предварительное разогревание цемента, а также его засыпка в очень горячую воду!

В зимний сезон рекомендуется использовать автоматическую бетономешалку с электронагревом рабочего барабана. На выходе, температура приготовленного раствора должна быть 36–46 градусов.

Чтобы бетон нормально набрал критическую прочность, следует дольше сохранять необходимый тепловой режим. Нельзя допускать быстрой потери тепла и скорого остывания раствора. Удерживать тепло можно любыми доступными материалами – соломенные маты, брезент, полиэтиленовая плёнка и т. п.

Самым эффективным вариантом считается применение опалубки из экструзионного пенополистирола. Он обладает небольшим коэффициентом теплопроводности, позволяющим удлинить временной интервал постепенного остывания, что способствует более полноценному вызреванию бетона. Кроме того, пенополистирольная опалубка является несъёмной конструкцией и в дальнейшем будет обеспечивать дополнительную теплоизоляцию.

Холодное бетонирование раствором, содержащим специальные присадки

Противоморозные добавки широко используются для возможности достижения бетонной массой критической прочности при заливке в холодное время. Они помогают нормально протекать гидратационной реакции цемента, нормализуют процесс затвердевания бетона, предотвращая несвоевременное замерзание воды в смеси.

Присадки обладают такими положительными свойствами:

— увеличивают текучесть и подвижность бетонного раствора, облегчая рабочие манипуляции с ним;

— понижают кристаллизационную точку для воды, содержащейся в составе;

— защищают металлические вставки (арматуру) от коррозии;

— способствуют быстрому набору нужной критической прочности.

Существенно! Противоморозные присадки нужно применять лишь при отрицательном значении температуры, в строгой пропорциональности, обозначенной в прилагаемой рецептурной инструкции. Если их использовать в неправильном количестве, то высока вероятность ухудшения свойств бетонного раствора!

Наиболее часто применяемыми противоморозными присадками для бетонных смесей являются:

— нитрит натрия – нельзя добавлять в глиноземистые цементы (ГЦ40 – ГЦ60). Добавка позволяет работать с раствором при окружающей температуре не менее –14,5 градуса;

— поташ и другие составы с монокарбонкислотными солями – ускоряют процесс затвердевания бетона. Они не формируют на поверхности высолов и не потворствуют коррозии металлической арматуры. Допускают работу с раствором при тридцатиградусном морозе, прекрасно сохраняя его важнейшие качества;

— формиат натрия – применяется исключительно в комбинации с добавками-пластификаторами. При других сочетаниях может создавать дефектные пустоты в бетоне из-за образования солевых скоплений;

— хлористый натрий – активно применяется одновременно с портландцементами (сульфатостойкий, белый, с умеренной экзотермией, цветной и др.) Добавка пластифицирует раствор, препятствуя его ускоренному загустению. При этом вещество обладает важным недостатком – действует разрушающе на железную арматуру.

Методика холодного бетонирования обладает некоторыми отрицательными особенностями:

— бетон обладает сниженным показателем водопроницаемости и морозостойкости;

— уложенный в опалубку раствор имеет более высокую степень усадки;

— способ нельзя применять в предварительно напряжённых строительных конструкциях.

Утепление опалубки

Обеспечить благоприятные условия для полноценного набора критической прочности монолитным сооружением можно путём постройки временных тепляков.

Это наиболее надёжная методика, способствующая стабильному поддержанию плюсовой температуры в уложенном бетоне. Она подразумевает создание временной конструкции над залитым массивом.

Тепляк – это прочный каркас, обитый листовой фанерой или обтянутый толстой полиэтиленовой плёнкой (принцип огородной теплицы). Габариты такой времянки должны быть предельно минимальными, но достаточными для работы. Внутреннее пространство нагревается при помощи инфракрасных обогревателей, портативных газовых горелок или калориферов.

Важным моментом здесь является постоянный контроль и регуляция оптимального влажностного режима. Циркулирующие разогретые воздушные потоки усиленно забирают влагу из раствора, а она необходима для нормальной реакции цементной гидратации. Чтобы воспрепятствовать интенсивному испарению влаги, поверхность уложенного бетона нужно накрыть полиэтиленовой плёнкой и с определённой периодичностью увлажнять тёплой водой.

Общие рекомендации для качественной заливки бетона при минусовой температуре

Все работы, относящиеся к бетонной заливке, рациональнее проводить при благоприятствующих условиях.

Нужно помнить! Комплекс работ по заливке следует начинать при температурном значении более + 9,5 градуса без ожидаемого понижения в течение ближайших 27 суток!

Разумеется, нынешние технологии позволяют проводить бетонирование и при более низких температурных значениях, но это чревато серьёзными финансовыми затратами. К нему следует прибегать, когда нет возможности сдвинуть запланированные сроки работ.

В любом случае стоит учитывать актуальные рекомендации специалистов, помогающие достичь отличного качества при проведении заливки:

— опалубка заранее должна быть очищена от инея или наледи и надёжно утеплена;

— заливку бетоном необходимо проводить с непрерывной подачей раствора за одну «рабочую сессию»;

— такие наполнители как щебень и песок, использующиеся для приготовления смеси, обязательно прогреваются для полного исключения возможности попадания включений снега или льда в замес;

— максимальная температура заливаемой массы не должна превышать 39,5–42 градуса;

— арматуру и дно котлована нужно предварительно прогреть до достижения хотя бы минимальной положительной температуры;

— готовые сегменты бетонной конструкции закрываются теплоизолирующим покрытием во избежание «ухода» внутреннего тепла.

Весь временной промежуток формирования бетонной критической прочности нужно соблюдать оптимальный температурный режим. Однако, не нужно забывать о контролировании равномерного распространения тепла внутри конструкции. Применение греющих токопроводящих кабелей может быстро привести к иссушению отдельных сегментов бетонного строения.

Заключение

При минусовых температурах бетон заливается, как правило, при больших капитальных строительствах. Для всего этого требуется специальное оборудование, значительные финансовые средства и наличие дополнительных стройматериалов. Рациональность выполнения таких работ в частном порядке определяется наличием должных ресурсов и полным осознанием рискованности затеянного мероприятия.

        Поделиться:

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

Зимнее бетонирование

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

Строительство 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

Электропрогрев бетона зимой

 

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.

Прогрев матами

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

Бетон в жару

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.

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 .

Как заливать бетон поверх существующей бетонной плиты?

Как и все в мире, бетон также имеет срок службы и со временем изнашивается. Дефекты образуются, когда бетон затвердевает или погружается в землю. Заливка свежего бетона поверх существующего бетона — распространенный способ выровнять старые плиты и залатать повреждения.

Этапы заливки бетоном существующей бетонной плиты

Шаг 1: Очистка старой бетонной поверхности

Если подметать грязь на существующей бетонной плите, можно произвести склеивание.Это включает удаление песка, мертвых листьев и гравия. Один из лучших инструментов, с помощью которого можно вычистить весь мусор из трещин, — это веник с жесткой щетиной.

  • Использование щетки для очистки бетонной поверхности.
  • Использование воды для очистки бетонной поверхности.

Это
чистоту нужно делать тщательно, рекомендуется использовать давление
шайба так, чтобы спрятался мусор. Еще один способ добиться отличной чистоты — это
используя жидкое моющее средство или обезжириватель при мытье области, чтобы удалить
упорные пятна.

У нас есть
чистящие средства, предназначенные для использования с бетоном, необходимо очистить труднодоступные места
с этим. Последний шаг при очистке — намочить поверхность.

Шаг 2: Установка периметра перекрытия

Измерьте периметр участка, на котором необходимо залить бетонную поверхность существующей плиты. В зависимости от требований предпочтительного использования плиты и нагрузок на плиту. Толщина плиты рассчитана. Затем полученные измерения можно использовать для оценки необходимого количества бетона.

  • Расчет размеров бетона.
  • Установка раскосов Wodden и арматурной сетки поверх существующего бетона.

Раскосы устанавливаются вокруг участка, который должен быть заполнен бетоном, обычно из дерева. Необходимо следить за тем, чтобы скобы были распределены равномерно, что можно сделать, запустив пузырек или веревку. Для толстой бетонной плиты требуется проволочная сетка на распорках для обеспечения прочности.

Шаг 3: Заливка грунтовки

Смесь воды и цемента делается в виде суспензии и распределяется по существующей плите для образования связующего слоя между старым и новым укладываемым бетоном.Стандартная смесь воды на цемент в соотношении 1: 7.

  • Раствор из воды и цемента в соотношении 1: 7.
  • Нанесение грунтовочного покрытия на выходящий бетон

Шаг 4: Заливка бетона

Мелкий песок или щебень предпочтительнее для бетона небольшой толщины, а крупный заполнитель — для бетона большей толщины. Смесь заполнителя и цемента смешивается и все это заливается в существующий бетон. Используйте ручной шпатель или асфальтоукладчик, чтобы равномерно распределить бетон, сильно надавив на него.

Связующий клей используется в бетоне, чтобы гарантировать, что новый бетон успешно приклеит существующий бетон. Чтобы защитить новый бетон от быстрого износа, на него наносят защитный слой с помощью отвердителя и распыляют его по всей поверхности, что обычно занимает семь дней.

Недостатки
заливка нового бетона поверх существующего.

1. Повышает уровень

Заливка нового слоя бетона на
Существующая дорожка, патио или веранда поднимут уровень на несколько дюймов.Если
плита приближается к двери, приподнятая поверхность может не обеспечивать необходимой
зазор для открывания двери.

Для прохода, подняв уровень на
несколько дюймов могут нарушить его совмещение с проезжей частью, ступеньками или другим
структура. Добавление небольшого пандуса от проезжей части к приподнятой поверхности помогает
исключите опасность споткнуться и не допускайте скопления мусора в углу.

2. Меньше лет службы

Хорошо залитая бетонная плита с глубоким прочным фундаментом может прослужить от 30 до 40 лет.Заливка бетона поверх старого бетона, а не непосредственно на новый гравийный фундамент, ограничивает ваши возможности по максимальному продлению срока службы плиты.

Состояние существующей плиты является основным фактором, определяющим, как долго прослужит новый бетон. Если фундамент под плитой не прочный, новый бетон может просесть или образовать глубокие выбоины.

3. Склеивание

Если новый бетон прилипает к существующей плите, трещины неизбежны. Предотвращение связывания нового бетона с существующей плитой помогает предотвратить образование новых повреждений и распространение любых повреждений в старой плите на новую.

Он также позволяет обеим плитам гибко сжиматься и расширяться при колебаниях температуры. Один из простых способов предотвратить склеивание плит — это положить между двумя слоями пластик, песок или другой прочный материал.

4. Техническое обслуживание

В то время как брусчатка, камень и другие материалы для мощения имеют более декоративный вид, бетон ценится за его прочность и низкие эксплуатационные расходы. Плита, залитая поверх существующей плиты, более уязвима для повреждений от морозного пучения и трещин.

Заплатка повреждает сразу после их появления, чтобы предотвратить их распространение, и герметизируйте новый слой герметиком глубокого проникновения, чтобы предотвратить повреждение водой. Если вы заметили длинные и глубокие трещины, попросите профессионала оценить повреждение, чтобы определить, есть ли проблема в конструкции.

Подробнее:
Ho w Толщина Должна ли быть бетонная плита?
Бетонная плита перекрытия гаража — конструкция, толщина и стоимость
Бетонная плита перекрытия — типы, толщина и использование

.

Предотвращение выкрашивания высокопрочного бетона при высоких температурах

Реферат

В последнее время использование высокоэффективного бетона (HPC) значительно расширилось в таких областях, как предварительно напряженные бетонные конструкции, мосты, конструкции крыш с большим пролетом и контейнеры для опасные жидкости или ядерные отходы из-за его выдающихся структурных характеристик и более высокой прочности. Однако его характеристики огнестойкости по-прежнему вызывают беспокойство, особенно в отношении растрескивания взрывчатых веществ при пожаре.Следовательно, важно понимать свойства отслаивания (механизм, факторы воздействия, меры предотвращения и т. Д.) Высокоэффективного бетона, подвергающегося воздействию высокой температуры, чтобы можно было гарантировать безопасность конструкции конструкции при пожаре с использованием HPC. В этом отчете представлен современный обзор мер по предотвращению взрывного растрескивания высокопрочного бетона в условиях пожара.

1. Введение

В последнее время бетон с высокими эксплуатационными характеристиками (HPC), поскольку он может удовлетворить ожидания в отношении превосходных механических свойств и длительного срока службы, все чаще применяется в различных конструкциях, таких как мосты, туннели, высотные здания и т. Д. крупнопролетные инфраструктуры.HPC в настоящее время хорошо зарекомендовал себя как очень плотная гомогенная микроструктура бетона, особенно на границе раздела между гидратированной пастой и заполнителем [1]. Как правило, это достигается за счет использования низкого отношения в / ц (0,2 ~ 0,3) с помощью суперпластификаторов, которые могут создавать осадки от 75 до 125 мм [1]. Дополнительное уплотнение и однородность межфазной области достигаются за счет включения минеральных примесей, таких как летучая зола, дым кремнезема и т. Д. Однако эта полезная микроструктура, по иронии судьбы, вызывает серьезную проблему воздействия огня, особенно в отношении взрывного растрескивания. который определяется как резкое отрывание слоев или кусков бетона от поверхности конструктивного элемента при воздействии высокой и быстро возрастающей температуры в условиях пожара [2].Некоторые исследования показали, что HPC более уязвим к взрывному растрескиванию при высоких температурах, чем бетон нормальной прочности (NSC), что серьезно угрожает безопасности приложений HPC. Опыт пожара Виндзорской башни в Мадриде в Испании (2005 г.), взрывного разрушения HPC, выявил серьезные социальные проблемы в сознании общественности, как показано на Рисунке 1. Таким образом, решение проблемы выкрашивания теперь является основным требованием в любой новой проектирование конструкций. Однако отсутствуют данные о конструкции и характеристиках HPC, особенно в условиях пожара.

Рисунок 1.

Повреждение бетона и арматуры после пожара Виндзорской башни в Мадриде (Испания, 2005 г.).

В этом отчете представлен современный обзор феномена растрескивания HPC в целом и откола взрывчатых веществ в частности. Обсуждаются механизмы и факторы взрывного откола.

2. Выкрашивание высокопрочного бетона

2.1. Определение и типы отслаивания

Как наиболее типичная форма, отслаивание определяется как резкое или ненасильственное отрывание слоев или кусков бетона от поверхности конструктивного элемента при воздействии высокой и быстро возрастающей температуры в условиях пожара [3] .Гэри [4] предположил, что растрескивание можно разделить на четыре категории: (а) совокупное растрескивание, (б) угловое растрескивание, (с) поверхностное отслаивание и (г) взрывное растрескивание. Как показано на Рисунке 2, скалывание агрегатов, скалывание поверхностей и взрывное скалывание происходят в течение первых 7–30 минут при пожаре, сопровождаясь хлопающими звуками (скалывание агрегатов) или сильными взрывами (скалывание поверхностей и взрывчатых веществ) [5]. Выкрашивание может также произойти ненасильственным путем (скалывание углов) позже при пожаре, когда бетон настолько ослаб после периода нагрева в течение 30–90 минут, что появляются трещины и куски падают с его поверхности [5].Самым важным из них является взрывное растрескивание, которое происходит с большой силой и приводит к серьезным потерям материала.

Рисунок 2.

Время возникновения различных видов сколов при пожаре [5].

2.2. Механизмы взрывного выкрашивания

Самые последние теории причин взрывного выкрашивания указывают на то, что решающую роль играют три фактора: (а) рост порового давления, (б) термические напряжения и (в) совокупное высокое поровое давление и термическое напряжение в бетоне при воздействии быстро возрастающей температуры.Первая гипотеза предполагает, что при нагревании в бетоне образуется водяной пар, и, поскольку проницаемость HPC низкая, что ограничивает способность пара улетучиваться, происходит повышение давления пара. Вторая возможность — это термические напряжения вблизи нагретой поверхности из-за предварительной нагрузки или высокого температурного градиента, вызванного высокой скоростью нагрева. В-третьих, возможно сочетание обоих явлений. Эти различные механизмы могут действовать индивидуально или в комбинации в зависимости от содержания влаги, размера сечения и материала.

2.2.1. Выкрашивание порового давления

Этот механизм предложен Шортером и Хармати [6], Мейер-Оттенсом [7] и Актарруззаманом и др. [8]. Гипотеза состоит в том, что отслаивание происходит из-за нарастания очень высоких поровых давлений внутри бетона в результате перехода жидкость-пар капиллярной поровой воды, а также связанной в цементной пасте компонента бетона (так -называемое влагозаборным отколом) [6, 7]. Как показано на рисунке 3, нагрев поверхности бетона приводит к температурному градиенту, который заставляет влагу проникать внутрь бетона, а также выходить за его пределы.Затем с глубиной от нагретой поверхности бетона развиваются три зоны влажности: сухая зона около нагретой поверхности (а), промежуточная зона испарения (б) и зона, насыщенная влагой (в), которая может содержать больше влаги, чем исходная. содержание влаги. В результате поровое давление увеличивается до максимального уровня на расстоянии от поверхности в зависимости от проницаемости бетона и способствует взрывному растрескиванию. Максимальное поровое давление больше в HPC (или HSC: высокопрочный бетон) и развивается ближе к поверхности, чем в NSC.Отслаивание под давлением пор приводит к тому, что HPC имеет плотную микроструктуру и множество разъединенных пор, что значительно препятствует свободному переносу водяного пара и его утечке в матрицу при воздействии повышенной температуры. Взрывное растрескивание происходит, когда поровое давление в матрице накапливается до порогового значения, превышающего их предел прочности [9, 10].

Рисунок 3.

Изменения температуры (T), давления пара (P) и содержания влаги (u) во влажном бетоне, нагретом с одной стороны [10].

2.2.2. Выкрашивание под термическим напряжением

Этот механизм предложен Сайто [11] и Дугиллом [12]. Тепловые напряжения будут возникать внутри бетона из-за градиентов температуры от нагретой поверхности к внутренним, более холодным секциям бетона, как показано на рисунках 4 и 5. Эти градиенты будут увеличиваться с быстрым нагревом. Считается, что различные деформации из-за температурного градиента вызывают растягивающие и сжимающие напряжения в зависимости от термических и механических свойств бетона.Затруднение расширения, нагрузки и ограничения, а также скорость нагрева упоминаются в качестве дополнительных параметров [13]. Считается, что разрушение из-за отслаивания превышает прочность на сжатие бетона вблизи нагретой поверхности. Сжимающие напряжения из-за теплового градиента также приводят к растягивающим напряжениям в более холодных частях бетона. Миграция влаги не учитывается при отслаивании из-за термических напряжений [14], а отслаивание HPC или NSC с высоким содержанием влаги не может быть объяснено отслаиванием из-за термического напряжения.Взрывное растрескивание только из-за термических напряжений — относительно редкое явление [14].

Рисунок 4.

Механизм выкрашивания под термическим напряжением [11].

Рис. 5.

Типичное распределение температуры в бетоне за 60 минут нагрева при пожаре BS476 [13].

2.2.3. Комбинированное поровое давление и взрывное растрескивание, вызванное термическим напряжением

Этот механизм предложен Жуковым [15], Сертмехетоглу [16] и Коннелли [17]. Согласно модели Жукова, напряжения, возникающие в нагретом бетонном элементе, могут накладываться друг на друга и их суммирование по сравнению с прочностью материала бетона.Он считал, что действующие напряжения можно разделить на напряжения, вызванные нагрузкой, термические напряжения и поровые давления. Основываясь на идеях Жукова, Хури [13] представил общую схему комбинированного взрывного выкрашивания, вызванного термическим напряжением и поровым давлением, как показано на рисунке 6. Как правило, бетон с высокими эксплуатационными характеристиками имеет тенденцию подвергаться многократному растрескиванию (скалывание под комбинированным поровым давлением и термическим напряжением ) более тонких секций, как это произошло во время большого пожара в туннеле Бельт в Дании (1994).

Рисунок 6.

Взрывное растрескивание от сочетания термических напряжений и порового давления по Хури на основе Жукова [13].

Хотя в прошлом предпринимались попытки теоретического моделирования различных форм выкрашивания, в последнее время в этой области произошли значительные изменения. Сложный комбинированный характер влияний влажности, порового давления и термических напряжений в неоднородном бетонном материале со сложной пористой структурой, которая заметно меняется в зависимости от температуры во время первого нагрева, не поддается аналитическому моделированию [15].

2.3. Факторы, влияющие на отслаивание

Исходя из механизмов отслаивания, основными факторами, приводящими к взрывному отслаиванию бетона при высоких температурах, являются скорость нагрева, проницаемость бетона, содержание влаги, наличие арматуры и уровень внешней приложенной нагрузки, но есть и другие факторы. были определены в обзоре литературы как влияющие на риск и степень выкрашивания [18, 19]. Факторы, влияющие на взрывное растрескивание бетона, можно разделить на следующие три категории:

  1. Факторы, связанные с материалами.

  2. Структурные или механические факторы.

  3. Тепловые характеристики.

Однако некоторые из этих факторов можно отнести более чем к одной категории.

2.3.1. Факторы, связанные с материалом

Исследование растрескивания бетона при высоких температурах выявило несколько параметров, связанных с материалом, которые сильно влияют на растрескивание. В таблице 1 приведен краткий обзор этих определяющих параметров в зависимости от конструкции бетонной смеси или выбора материалов, используемых для изготовления бетона.

Факторы Риск выкрашивания Влияние
Влагосодержание Очень высокое Более высокое содержание влаги (в основном свободная вода) значительно увеличивает риск взрывного растрескивания из-за большого количества пара давление, но оно зависит от проницаемости бетона.
Дым кремнезема Очень высокий Дым кремнезема снижает проницаемость и увеличивает возможность взрывного выкрашивания из-за уменьшения выделения высокого давления пара.
Проницаемость бетона Высокая Низкая проницаемость и недостаточное увеличение проницаемости в зависимости от температуры увеличивает риск выкрашивания из-за недостаточного сброса порового давления.
Содержание цемента Высокое Высокое содержание цемента увеличивает общее количество воды, добавляемой в бетон, даже при низких соотношениях в / ц.
Прочность на сжатие Высокая Более высокая степень прочности обычно увеличивает риск взрывного выкрашивания, в основном из-за более низкого водо-водяного соотношения и проницаемости
Кварцитовые заполнители Высокая Может увеличить риск выкрашивания из-за переходу кварцитовой фазы при 573 ° С.
Наполнитель из известняка Высокий Снижает проницаемость, аналогично поведению по сравнению с дымом кремнезема.
Размер заполнителя Умеренный Более крупные заполнители повышают риск взрывного растрескивания из-за плохого отношения поверхности к массе.
Внутренние трещины Переменная Два противоположных эффекта. Небольшие трещины могут способствовать сбросу высокого давления и снизить риск растрескивания. Однако параллельное растрескивание вблизи нагретой поверхности из-за нагрузок может увеличить риск отслаивания.
Возраст бетона Переменная Молодой бетон имеет большое количество свободной воды, что увеличивает риск растрескивания. Этот эффект уменьшается с HPC и UHPC из-за низкой проницаемости.
Легкие заполнители Переменная Более высокая пористость и проницаемость позволяет снимать высокое поровое давление и снижает риск растрескивания. Более высокое содержание влаги в легких заполнителях увеличивает риск растрескивания.

Таблица 1.

Факторы, связанные с материалами, влияющие на выкрашивание.

2.3.2. Характеристики нагрева

Среди факторов, связанных с характеристиками нагрева, скорость нагрева и градиенты температуры оказывают сильное влияние на взрывное растрескивание. Таблица 2 суммирует определяющие факторы в зависимости от характеристик нагрева, которые влияют на растрескивание в целом.

Факторы Риск выкрашивания Влияние
Скорость нагрева Очень высокая Более высокие скорости нагрева обычно приводят к взрывному растрескиванию смесей HPC.
Температурный градиент Высокий Температурный градиент тесно связан со скоростью нагрева. Более высокие температурные градиенты повышают риск взрывного растрескивания из-за термических напряжений.
Воздействие на несколько поверхностей Высокая Тепловое воздействие более чем с одной стороны увеличивает риск углового или взрывного выкрашивания из-за более высоких градиентов температуры и термических напряжений
Абсолютная температура Умеренная Взрывоопасно растрескивание может произойти при температурах ниже 300 ~ 350 ° C.Очень высокие температуры T > 1000 ° C увеличивают риск выкрашивания после охлаждения.

Таблица 2.

Определяющие факторы в зависимости от характеристик нагрева с влиянием на растрескивание.

2.3.3. Структурные или механические факторы

Основные структурные или механические факторы, оказывающие значительное влияние на выкрашивание, представлены в Таблице 3. Трудно провести различие между чистым материалом и чисто структурными или механическими факторами, ведущими к отслаиванию в некоторых случаях, поскольку некоторые факторы могут быть такими: отнесены к обеим категориям.

Факторы Риск выкрашивания Влияния
Приложенная нагрузка (сжимающее напряжение
и ограничение)
Высокая Риск выкрашивания увеличивается при применении более высоких уровней нагрузки. Высокие сжимающие напряжения, вызванные ограничением расширения, возникают, когда скорость нагрева такова, что напряжения не могут быть сняты за счет ползучести достаточно быстро.
Поперечное сечение Геометрия
(размер и форма сечения
)
Высокое Круглое поперечное сечение, закругленные углы, достаточное покрытие арматуры и расстояние, а также измененная конструкция стяжек снижает вероятность растрескивания или увеличивает остаточную несущую способность бетона члены после скалывания.
Тепловое расширение Высокое Неподвижные концы в качестве граничных условий, эксцентричная нагрузка или изгиб повышают риск.
Прочность на разрыв Низкая Высокая прочность на разрыв считается снижением риска взрывного растрескивания, поскольку она обеспечивает более высокое сопротивление.

Таблица 3.

Структурные или механические факторы, влияющие на выкрашивание.

3. Конструкция против взрывного растрескивания

3.1. Профилактические меры

Сегодня взрывное растрескивание бетона является важным условием, которое необходимо учитывать при проектировании пожарной безопасности железобетонных конструкций. Различные превентивные меры против взрывного растрескивания бетона при огнестрельном воздействии изучаются и обсуждаются многими исследователями в течение длительного периода времени. Однако существующих стандартов защиты конструкций от взрывного выкрашивания недостаточно. В BS 8110: Часть 2: 1985 [20] стандарт добавляет, что «При любом методе определения огнестойкости, когда потеря покрытия может поставить под угрозу конструктивный элемент, должны быть приняты меры, чтобы избежать его возникновения.«В соответствии с рекомендациями по огнестойкости согласно европейскому стандарту проектирования EN 1992-1-2 [21], возможное использование и эффективность стального волокна и полипропиленового (ПП) волокна обсуждаются в дополнение к общим соображениям по использованию защитная футеровка и изменения конструкции бетонных элементов. Было предложено несколько мер, основанных на факторах, влияющих на растрескивание бетона, для устранения отслаивания или уменьшения повреждений (Таблица 4). Эти меры могут применяться по отдельности или в комбинации.

Факторы, влияющие на выкрашивание Основные меры Специальные меры
Состояние бетона
— Высококачественный бетон
— Легкий бетон
— Тепловые свойства
— Содержание влаги
— Материалы
— Термобарьер
— Контроль повышения температуры в поверхностном слое бетона

— Снижение температуры
градиент

— Использование огнестойких материалов
— Нанесение огнестойких красок
— Оштукатуривание огнестойких растворов
— Покрытие бетон по стальной трубе
и т. д.
— Сброс и уменьшение паров
давление
— Добавление синтетического волокна
(полипропиленовое волокно и т. Д.)
— Принудительная сушка конструктивных элементов

— Установка влагоотделительных трубок

Огнестойкость и условия
— Высокая скорость нагрева
— Время воздействия огня
— Предотвращение повышения температуры — Удаление легковоспламеняющихся материалов
в здании
— Сделать из
материалов негорючие
— Расширение противопожарных сооружений
Элемент конструкции
условия
— Размер и форма сечения
— Глубина бетона
— Расчет пожарной безопасности

Таблица 4.

Профилактические мероприятия — реагирование на факторы, вызывающие выкрашивание [22].

В качестве наиболее эффективных методов снижения риска взрывного растрескивания рекомендуется добавление полипропиленовых волокон и использование теплового барьера. Риск взрывного растрескивания, который может произойти в течение первых 7–30 минут пожара, также снижается за счет снижения содержания влаги в бетоне до менее 5% по объему, за счет исключения тонких сечений и быстрого изменения формы. и ограничивая сжимающее напряжение.

3.2. Снижение высокого давления пара

Рис. 7.

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

Рисунок 8.

Показатели огнестойкости бетона с полипропиленовыми волокнами 0,9 кг / м3 [22]. (а) Без волокон ПП; и (б) добавление полипропиленовых волокон (0,9 кг / м3).

Важным недавним достижением в предотвращении взрывного растрескивания стало использование синтетических волокон в бетонной смеси, особенно полипропиленовых волокон. Полипропиленовые волокна плавятся при температуре около 170 ° C, поэтому они могут снизить нарастание высокого порового давления в бетоне из-за создания каналов для легкого выхода пара, как показано на рисунке 7.Впервые эта мера была описана в Японии [23] и впоследствии исследована Дидериксом [24] и Коннелли [17]. Коннелли [17] сообщил, что добавление 0,05% по весу волокон в бетон (w / c = 0,4, заполнитель 10 мм) полностью устранило растрескивание при пожаре (скорость нагрева 25 ° C / мин), в то время как 83% подобных образцов без волокна были разорваны взрывным образом. Ясно показано, что добавление полипропиленовых волокон является эффективным средством предотвращения взрывного растрескивания, как показано на Рисунке 8. Еврокод 2 (Проектирование бетонных конструкций, Часть 1-2: Конструктивное противопожарное проектирование, 1993) [25] также предлагает содержание волокна PP не менее 2.0 кг / м 3 для эффективного предотвращения взрывного выкрашивания HSC. Однако более поздние исследования показали, что этого содержания волокна в сверхвысокопрочном бетоне (UHSC) более 150 Н / мм 2 , таком как реактивный порошковый бетон (RPC), было недостаточно для предотвращения взрывного растрескивания при пожаре, хотя было обнаружено, что они эффективны при использовании с HSC 60 ~ 110 Н / мм 2 [26]. Следовательно, использование таких волокон более эффективно в бетоне с более низкой прочностью.

Между тем, в последние десятилетия различные синтетические волокна были протестированы с точки зрения характеристик плавления, обрабатываемости и общих характеристик с целью снижения риска растрескивания.Таблица 5 дает краткий обзор различных волокон, доступных для предотвращения взрывного растрескивания бетона.

Тип волокон Эффективность
Полипропиленовая фибра — Расплавление (170 ° C) полипропиленовых волокон в бетоне, увеличивает проницаемость бетона и снижает поровое давление.
— Волокна могут отрицательно влиять на обрабатываемость, особенно очень тонкие волокна.
— Содержание волокна 2 ~ 3 кг / м. 3 кажется наиболее эффективным средством защиты от скалывания.
Нейлоновое волокно — Довольно высокая температура плавления 200 ° C, которая может быть слишком высокой для некоторых смесей.
PVC — Выделяет опасные хлориды, не должен использоваться с бетоном.
Полиэтиленовое волокно — Низкая температура плавления 90 ° C, но высокая вязкость расплавленных волокон минимизирует увеличение проницаемости (менее применимо).
Стальная фибра — Повышает пластичность HPC и увеличивает сопротивление растрескиванию колонн с малым расстоянием между стяжками.
— Однако при испытаниях не наблюдалось заметного увеличения сопротивления с другими структурами.

Таблица 5.

Использование различных волокон для предотвращения взрывного растрескивания бетона.

3.3. Тепловой барьер

Тепловой барьер обычно ограничивает повышение температуры и максимальную температуру на поверхности бетона и, таким образом, снижает риск взрывного растрескивания, а также потери механической прочности. Толщина их слоя должна поддерживать эти температуры ниже критического уровня для отслаивания бетона.Однако критические температуры, приводящие к растрескиванию, обычно недоступны, поскольку они меняются с каждой конкретной бетонной смесью. Меры теплового барьера можно разделить на две категории: (а) методы материалов и (б) методы строительства. В методах использования материалов обычно используется защитное покрытие на поверхности бетона из огнестойких материалов, как показано на Рисунке 9. В строительных методах методы покрытия бетона стальной трубой, использование металлической планки или удержания стальной арматура против сколов (рис 10), и окружающие методов бетон с огнезащитной доской представлены в качестве защитной меры сколов.

Рисунок 9.

Показатели огнестойкости бетона, покрытого огнестойкими материалами.

Рисунок 10.

Показатели огнестойкости бетона с ограничивающей стальной арматурой от растрескивания. (a) Использование ограничительной стали и (b) поверхности бетона после испытания на огнестойкость.

С точки зрения снижения пиковых температур в бетоне, эти меры являются очень эффективным методом (полипропиленовые волокна не снижают этого).Однако есть два потенциальных недостатка: (1) стоимость изоляции, вероятно, будет больше, чем стоимость волокон, и (2) у некоторых производителей возникла проблема с ограничением границ в нормальных условиях эксплуатации. Как правило, критерии проектирования заключаются в том, чтобы нанести достаточную толщину покрытия, чтобы снизить максимальную температуру на поверхности бетона до ниже примерно 300 ° C и максимальную температуру на стальной арматуре примерно до 250 ° C в течение 2 часов после огонь [13].Следует отметить, что опыт показывает, что, хотя 25 мм покрытия может быть достаточным для прочности бетона примерно до f c = 60 Н / мм 2 , но может потребоваться толщина покрытия 35 мм для высокопрочный бетон во избежание взрывного растрескивания [13].

3.4. Методы борьбы с выкрашиванием в полевых условиях

3.4.1. Бетон с повышенной огнестойкостью (AFR)

Бетон с повышенной огнестойкостью изготавливается из полипропиленовых волокон (диаметр: 0.012–0,2 мм, длина: 5–20 мм) 0,1–0,35% по объему и практически используется в HSC 80–120 Н / мм 2 . В этом бетоне добавление полипропиленовых волокон происходит для предотвращения взрывного растрескивания на поверхности бетона за счет выделения высокого давления пара и теплового расширения из-за плавления волокон PP при температуре около 160 ° C, что приводит к образованию каналов для воды. пар выходит внутрь бетона. На рисунке 11 показаны характеристики огнестойкости образцов колонны, примененных в бетоне ARF [22].

Рисунок 11.

Огнестойкость образцов колонн, нанесенных на ARF бетон.

3.4.2. Метод огнестойкого бетона (FPC)

Метод огнестойкости бетона заключается в применении порошка ПП вместо волокон ПП в высокопрочном бетоне. Температура плавления порошка ПП составляет 165 ° C, плотность составляет 0,9 г / см 3 , и его обычно используют при содержании добавок 1 ~ 3 кг / м 3 по весу. В частности, порошок полипропилена обладает превосходной диспергируемостью и снижает сложность, например, при смешивании волоконного шарика.На рисунке 12 показаны характеристики огнестойкости образца колонны, примененного в методе FPC [8].

Рис. 12.

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

Рис. 13.

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

3.4.3. Огнеупорная железобетонная колонна (FRCC), метод

Огнеупорная железобетонная колонна, метод заключается в нанесении защитного покрытия на поверхность бетона с помощью огнестойких материалов.В качестве огнестойких материалов обычно используются кальциево-силикатная плита с волокнами, керамические огнестойкие растворы, растворы со смешанными целлюлозными волокнами и т.д. Это метод термобарьера, позволяющий ограничить повышение температуры и максимальную температуру на поверхности бетона, чтобы снизить риск взрыва. Толщина их слоя должна быть более 20 мм для HSC 80–120 Н / мм 2 во избежание взрывного растрескивания в целом [22]. На рисунке 13 показаны характеристики огнестойкости образца колонны, примененного в методе FRCC.

4. Выводы

Взрывное растрескивание — это очень сильная форма отслаивания, которая характеризуется отрывом слоев или кусков бетона от поверхности конструктивного элемента, сопровождающимся, как правило, громким взрывным шумом при воздействии высоких и быстрых ударов. повышение температуры в условиях пожара. Обычно это происходит в течение первых 7–30 минут при пожаре. Самые последние теории причин взрывного выкрашивания указывают на то, что решающую роль играют три фактора: (а) рост порового давления, (б) термические напряжения и (в) комбинированные явления в бетоне при быстром воздействии повышение температуры.Взрывное растрескивание обычно происходит по отдельности или в сочетании в зависимости от содержания влаги, размера сечения и материала. Замечено, что бетон с высокими эксплуатационными характеристиками имеет тенденцию к многократному растрескиванию (отслаивание от комбинированного порового давления и термического напряжения) более тонких участков. На самом деле, на взрывное растрескивание бетона влияет большое количество факторов. Основываясь на механизмах, основными факторами, приводящими к взрывному растрескиванию, являются скорость нагрева, проницаемость бетона, содержание влаги, наличие арматуры и уровень внешней приложенной нагрузки.Факторы можно разделить на три категории: факторы, связанные с материалами, структурные или механические факторы и характеристики нагрева. Большинство этих факторов могут быть напрямую связаны с взрывным растрескиванием. Однако некоторые из них также относятся к другим типам, и трудно провести четкое разделение между отдельными параметрами. В качестве наиболее эффективных методов снижения риска взрывного растрескивания рекомендуется добавление полипропиленовых волокон и термобарьер.Риск взрывного растрескивания также снижается за счет снижения содержания влаги в бетоне до менее 5% по объему, предотвращения тонких сечений и быстрых изменений формы, а также за счет ограничения сжимающего напряжения.

.

Высокотемпературные и низкотемпературные свойства битума, модифицированного парафином FT

В данной статье представлены результаты экспериментального исследования влияния содержания « Fischer Tropsch-Paraffin » (Sasobit) на физические и реологические свойства битума, модифицированного Sasobit при различные рабочие температуры. Для этой цели в качестве основы выбирается битум с классом эффективности (PG) 58–22, а затем он модифицируется 1, 2, 2,5, 3 и 4 массовыми процентами парафина FT (Sasobit).Эффективность модифицированного битума при высоких, средних и низких температурах оценивается на основе испытаний Superpave в рамках программы стратегических исследований автомобильных дорог (SHRP). Результаты исследования показывают, что парафин FT улучшает характеристики битума при высоких температурах в дополнение к увеличению сопротивления смеси остаточной деформации. Несмотря на преимущества парафина FT в отношении характеристик битума при высоких температурах, он не оказывает значительного влияния на характеристики битума при промежуточных и низких температурах.Влияние содержания парафина FT на вязкость модифицированного битума также исследуют с использованием прибора вискозиметра Брукфилда. Результаты показывают, что увеличение содержания добавки снижает вязкость модифицированного битума. Это, в свою очередь, может снизить температуру перемешивания и уплотнения асфальтовых смесей.

1. Введение

Гибкое покрытие в течение срока службы всегда подвержено различным повреждениям, вызванным нагрузками и погодными условиями. Высокотемпературная колейность и низкотемпературное растрескивание являются примерами этих повреждений, образование которых, как известно, сильно зависит от характеристик битума в асфальтовых смесях [1].Характеристики битума при различных температурах могут быть связаны с его степенью проникновения; Высокий уровень проникновения битума означает, что это мягкий , что означает более высокое сопротивление растрескиванию при низких температурах и более высокую остаточную деформацию под нагрузкой при высоких температурах. С другой стороны, битум с низкой степенью пенетрации или битум твердый имеет меньшее низкотемпературное растрескивание, но большую стойкость к колейности [1, 2]. Это изменение может быть связано со сложным реологическим поведением битума при разных временах нагружения и температурах [3, 4].Для улучшения поведения асфальтовых смесей хорошо известным решением является улучшение свойств битума. Модификация битума синтетическими полимерами для улучшения его реологических свойств, увеличения когезии и температурной восприимчивости восходит к 1970-м годам [5–7].

Warm Mix Asphalt (WMA) — это асфальтовая смесь с более низкими характеристиками краткосрочного старения по сравнению с Hot Mix Asphalt (HMA). Причина кроется в модификации битума добавками, которые снижают температуру, необходимую для операций с асфальтовой смесью, таких как укладка и уплотнение.Этот вариант имеет некоторые другие существенные преимущества перед HMA, включая меньшее потребление энергии для нагрева смеси и, следовательно, меньшее загрязнение воздуха в процессе нагрева. Согласно предыдущим исследованиям, WMA имеет следующие преимущества перед HMA [8–10]: (i) Снижение выбросов загрязняющих веществ, особенно диоксида углерода (CO 2 ), до 30%. (Ii) Снижение температур смешивания и уплотнения асфальтовых смесей. в диапазоне от 20 ° C до 40 ° C. (iii) экономия топлива и энергии. (iv) улучшение операций по уплотнению.(v) Меньшее время задержки при проведении строительных работ. (vi) Возможность транспортировки асфальтобетонных смесей на большие расстояния. (vii) Более легкое распределение асфальтобетонных смесей в холодных регионах. (viii) Более высокая прочность против приложенных нагрузок. (ix) Уменьшение количества битума старение. (x) Улучшение реологических свойств битума. Модификация битума обычно осуществляется путем введения в битум добавочного материала. Например, коммерческие воски используются в качестве улучшителей текучести в асфальтобетоне и мастичном асфальте [1].Существует множество форм восков, таких как синтетический цеолит (асфамин), пена WAM, парафин FT (Sasobit), которые могут быть добавлены для изменения характеристик битума для применения их в WMA [8–11]. Это исследование сосредоточено на влиянии добавки FT-Paraffin (Sasobit) в качестве коммерческого воска на физические и реологические свойства битума из WMA.

FT-Парафин образует гомогенный раствор с базовым битумом в процессе смешивания и значительно снижает вязкость битума. После кристаллизации FT-Parafin образует решетку, укрепляя структуру битума.Рекомендуемое процентное содержание FT-парафина составляет от 0,8 до 3 массовых процентов битума [9, 10].

2. Методики экспериментов
2.1. Материалы и подготовка проб
2.1.1. Битум (базовый битум)

Чтобы оценить влияние содержания FT-парафина на характеристики асфальтового цемента, битум проникающей способности 60–70, полученный на НПЗ Bandar-Abbas , Иран (с классом эффективности (PG) 58–22) используется как базовый битум. Свойства этого битума показаны в таблице 1.


Тест Метод Единица Результаты испытаний

Удельный вес (25 ° C) ASTM D70 гр / см 3 1,03
Температура вспышки (Кливленд) ASTM D92
°
C
308
Пенетрация (25 ° C) ASTM D5 dmm 62
Пластичность (25 ° C) ASTM D113 см 100
Температура размягчения ASTM D36
°
C
49
Кинематическая вязкость ( v ) при 120 ° C ASTM D2170 мм 2 / с 810
Кинематическая вязкость ( v ) при 135 ° C ASTM D2170 мм 2 / с 420
Кинематическая вязкость ( v ) при 150 ° C ASTM D2170 мм 2 / с 232
Индекс проницаемости (PI) a -1.12
Число проникающей вязкости (PVN) b −0,56

= [1952 — 500 log (Pen 25 ) — 20 SP] / [50 log (Pen 25 ) — SP — 120].
= [-6,387 + 1,195 log (Pen 25 ) + 1,5 log (Visco 135 )] / [0,79511 — 0,1858 log (Pen 25 )].
2.1.2. FT Paraffin Wax (Sasobit)

FT-Paraffin — это длинноцепочечный алифатический углеводород (длина цепей находится в диапазоне от 40 до 115 атомов углерода), который получают перегонкой каменноугольной смолы с использованием процесса Фишера-Тропша.При температурах ниже точки плавления он образует в связующем кристаллическую сетчатую структуру, которая, как сообщается, обеспечивает дополнительную стабильность [12].

Свойства парафина FT, использованного в данном исследовании, показаны в таблице 2.


Характеристики Стандарт Значение

Точка застывания ASTM D938 106 ° C
Пенетрация при 25 ° C ASTM D1321 <1 дмм
Пенетрация при 65 ° C ASTM D1321 6 дмм
Внешний вид Гранулы (диаметр = 1 мм)

2.2. Процедура смешивания

Как обсуждалось ранее, парафин FT добавляют к базовому битуму в количествах 1, 2, 2,5, 3 и 4 массовых процента от основного битума при 130 ° C. При этой температуре смесь перемешивают в течение 20 минут с частотой 300 об / мин, используя смеситель модели Silverson с большими сдвиговыми усилиями. Физические свойства и термочувствительность модифицированного битума определяются расчетом индексов индекса пенетрации (PI) и числа проницаемости вязкости (PVN).

2.3. Методика испытаний
2.3.1. Обычные испытания битума

Обычные испытания битума, такие как определение точки размягчения (ASTM D36) и степени пенетрации (ASTM D5), проводятся для характеристики базового битума и битума, модифицированного парафином FT. Кроме того, чтобы оценить влияние содержания FT-парафина на термочувствительность модифицированного битума, рассчитываются и исследуются PI и PVN битума.

Реологические свойства модифицированного битума при высоких и промежуточных температурах измеряются с помощью реометра динамического сдвига (DSR) (ASTM D7175), сопротивление ползучести битума при низких температурах измеряется с помощью реометра с изгибающейся балкой (BBR) (ASTM D6648). и вязкость битума оценивается с помощью ротационного вискозиметра Брукфилда (ASTM D4402).

Наконец, путем определения характеристик битума при различных температурах и их классификации в соответствии с системой классификации Superpave, определяются и сравниваются характеристики модифицированного битума.

2.3.2. Процедура старения

Кратковременное и долгосрочное лабораторное старение базового битума и модифицированного битума проводят с использованием теста прокатной тонкопленочной печи (RTFO) (ASTM D2872) и емкости для выдерживания под давлением (ASTM D6521) соответственно.

2.3.3. Испытание реометра динамического сдвига (DSR)

Высокие температуры
В этом исследовании реометр динамического сдвига (DSR) используется для базового битума и битума, модифицированного парафином FT до и после процесса старения RTFO на основе ASTM D7175 с использованием Bohlin DSR50 реометр. DSR выполняется при высоких температурах развертки (HT) от 46 до 82 ° C с постоянной частотой 10 рад / с. Основными вязкоупругими параметрами, которые определяются при этих температурах, являются комплексный модуль сдвига (), фазовый угол (), накопительный модуль () и модуль потерь ().и связаны друг с другом через фазовый угол ( δ ), который представляет собой фазовый сдвиг между приложенным напряжением сдвига и откликами деформации сдвига во время испытания. Фазовый угол является мерой вязкоупругого баланса поведения материала как.

Промежуточные температуры
Жесткость битума при промежуточных температурах имеет большое значение для предотвращения усталостных трещин. Используя результаты динамического механического анализа, можно было бы исследовать усталостное поведение модифицированного битума.Параметр усталости выбирается для отражения энергии, рассеиваемой за цикл нагрузки, которую можно рассчитать как [13]. Спецификация предписывала соотношение, согласно которому уменьшение на 1,59 Гц соответствует улучшенному сопротивлению усталости.
В этом исследовании, чтобы оценить влияние содержания FT-парафина на характеристики битума при промежуточных рабочих температурах, испытание DSR (ASTM D7175) проводится на битуме, выдержанном в ПАВ, в диапазоне температур 19–34 ° C при постоянная частота 1.59 Гц.

Низкие температуры
Для оценки влияния содержания FT-парафина на характеристики модифицированного битума при низких температурах, испытание на сопротивление ползучести (ASTM D6648) проводится компанией по производству пушечных инструментов BBR (реометр изгибающейся балки) на основе и модифицированный битум после процесса старения PAV.
В данном исследовании пучок битума (длина 127 мм, ширина 12,7 мм и толщина 6,35 мм) погружается в ванну с постоянной температурой при каждой температуре испытания (начиная с –24 ° C) на 60 мин.После подготовки образцов к прямоугольной балке в течение нескольких секунд прикладывают нагрузку в мН, которая поддерживается с обоих концов полукруглыми элементами из нержавеющей стали (на расстоянии 102 мм друг от друга), и непрерывно измеряют отклонение центральной точки. Путем проведения этого испытания содержание скорости (-значения) ползучести и жесткости при ползучести (St) определяется для всех образцов в диапазоне температур от -6 до -24 ° C при тепловом интервале 6 ° C (ASTM-D6373). . Скорость ползучести (-значение) и жесткость ползучести (St) также исследуются при указанной температуре и различных временах нагружения (от 8 секунд до 240 секунд).

3. Результат и обсуждение
3.1. Влияние содержания парафина FT на температурную восприимчивость

Влияние содержания парафина FT на физические свойства модифицированного битума можно увидеть в таблице 3.


Характеристика Тип битума
PG58-22 PG58-22 + PG58-22 + PG58-22 + PG58-22 + PG58-22 +
1% Sasobit 2% Sasobit 2 .5% Sasobit 3% Sasobit 4% Sasobit

Проникновение (dmm) 62 56 51 49 48 42
Температура размягчения ( ° C) 49 50 52 57 59 72
Пластичность (см) > 100 > 100 98 95 89 58
Кинематическая вязкость ( v ) при 135 ° C 420 415 408 405 403 379
Индекс пенетрации (PI) −1 .12 −0,94 −0,64 0,65 0,73 2,7
Число проникающей вязкости (PVN) −0,56 −0,69 −0,9 −0,93 −0,97 -1,17

Согласно таблице 3, увеличение содержания FT-парафина приводит к снижению степени пенетрации и увеличению температуры размягчения модифицированного битума.Эта тенденция показывает увеличение индекса PI модифицированного битума при увеличении содержания FT-парафина таким образом, что модифицированный битум, содержащий 4% FT-Paraffin, имеет максимальный индекс PI. Кроме того, за счет увеличения содержания FT-Paraffin вязкость битума при 135 ° C снижается. Эта тенденция вызывает снижение индекса PVN. Более низкие значения PI и PVN указывают на более высокую температурную восприимчивость, а асфальтовые смеси, содержащие связующие с более низкой температурной восприимчивостью, должны быть более устойчивыми к растрескиванию и колейности.Обратный тренд PI и PVN показывает, что текущие испытания битума, которые используются в качестве основы для расчета термочувствительности битума, не могут быть подходящими критериями для оценки термочувствительности битума, модифицированного парафином FT.

3.2. Влияние содержания парафина FT на вязкость

Вязкость битума при высокой температуре считается важным фактором, поскольку она представляет собой способность перекачивать битум через асфальтобетонный завод, покрывать заполнитель в асфальтобетонной смеси, а также укладывать и уплотнять смесь [ 14].Влияние содержания FT-парафина на вязкость битума оценивается с помощью вискозиметра Брукфилда (ASTM D7175) при 120 ° C, 135 ° C и 150 ° C, и графики изменения вязкости-температуры показаны для основы и FT- Битум модифицированный парафином.

Рисунок 1 демонстрирует, что при заданной температуре за счет увеличения содержания FT-парафина вязкость битума уменьшается. На рисунке 1 также показано, что вязкость всех модифицированных битумов при 135 ° C составляет менее 3000 мПа · с, а вязкости модифицированных битумов при этой температуре соответствуют требованиям ASTM D6373.Температура перемешивания и уплотнения асфальтовых смесей была определена в соответствии с графиком вязкость-температура, и это температура, при которой вязкость битума будет соответственно и сантистоксов (ASTM D6926). Из рисунка 1 можно было бы изучить влияние содержания FT-парафина на температуру перемешивания и уплотнения асфальтовых смесей. На рисунках 2 и 3 показано влияние содержания сасобита на диапазоны температур смешивания и уплотнения соответственно. Согласно этим фигурам, при увеличении содержания FT-парафина, температуры смешивания и уплотнения асфальтовой смеси снижаются, и, следовательно, путем модификации битума добавкой FT-Parafin можно было бы смешивать и уплотнять асфальтовые смеси при более низких температурах.



3.3. Характеристики битума, модифицированного парафином FT при высоких температурах. более упругая (восстанавливаемая) составляющая общей деформации. Согласно этому исследованию, при данной температуре за счет увеличения добавки FT-Paraffin в базовый битум значения и соответственно увеличиваются и уменьшаются.Аналогичная тенденция наблюдается для модифицированного битума после процесса старения RTFO.

В спецификации вяжущего Superpave колейность учитывается с помощью коэффициента колейности (), который зависит исключительно от реологических свойств битумного вяжущего. Чем выше коэффициент колейности вяжущего, тем более жестким должен быть асфальтобетон и, следовательно, более устойчивым к колейности.

На рисунках 4 и 5 показана тенденция для базового и модифицированного битума до и после процесса старения RTFO в температурном диапазоне от 46 ° C до 82 ° C и при постоянной частоте 1.59 Гц. Одновременное увеличение и уменьшение с повышенным содержанием FT-парафина увеличивает коэффициент колейности (), а также устойчивость к остаточной деформации при высоких температурах.


В таблице 4 показано влияние содержания FT-парафина на высокую рабочую температуру. Высокая рабочая температура — это температура, при которой она будет больше 1 кПа (кПа) для несозревшего битума и больше 2,2 кПа (кПа) для битума, выдержанного методом RTFO (ASTM D2872).


Код образца HT ( ° C) HT изменение ( ° C)

PG58-22 62,5
PG58-22 + 1% Sasobit 67,5 +5,0
PG58-22 + 2% Sasobit 69,2 +6,7
PG58-22 + 2,5% Sasobit 70.8 +8,3
PG58-22 + 3% Сасобит 71,7 +9,2
PG58-22 + 4% Сасобит 74,2 +11,7

Согласно Таблице 4, максимальная расчетная температура покрытия увеличивается с увеличением содержания парафина FT. Эта тенденция улучшает характеристики битума при высоких температурах. На рис. 6 показан график tan для диапазона температур 42–82 ° C при постоянной частоте 1.59 Гц. Этот график был использован для изучения вязкоупругого поведения модифицированного битума и оценки их чувствительности к эластичности при различных температурах. На этом рисунке показано, что значение tan δ уменьшается с увеличением содержания FT-парафина в этом температурном диапазоне, так что образцы битума, содержащие большее количество FT-парафина, имеют меньшую чувствительность к тепловым изменениям по сравнению с образцами, содержащими без или с меньшей добавкой. С другой стороны, в образцах битума с более высоким содержанием FT-парафина вязкоупругость битума меньше зависит от тепловых изменений.

3.4. Характеристики битума, модифицированного парафином FT при промежуточных температурах

Промежуточная рабочая температура () — это температура, при которой для битума, выдержанного на основе ПАВ (ASTM D2872), становится меньше 5000 кПа. На Фигуре 7 показано влияние содержания FT-парафина на значения для связующих, выдержанных в PAV. Видно, что увеличение содержания FT-парафина в базовом битуме вызывает увеличение значений. Эта тенденция оказывает нежелательное влияние на характеристики битума при промежуточных температурах.Хотя битум PG58-22 удовлетворяет вышеупомянутому требованию по промежуточной температуре 21,6 ° C, битум, содержащий парафин FT, может соответствовать требованиям при более высоких температурах. Таким образом, можно утверждать, что модификация битума добавкой FT-Paraffin не оказывает заметного влияния на сопротивление усталости асфальтовой смеси.

Увеличенная величина промежуточной рабочей температуры (IT) на различные количества добавки FT-Paraffin представлена ​​в таблице 5.


Код образца IT ( ° C) Вариант IT ( ° C)

PG58-22 21,6
PG58-22 + 1% Sasobit 23,6 -2,0
PG58-22 + 2% Sasobit 24,7 -3,1
PG58-22 + 2,5% Sasobit 25.8 −4,2
PG58-22 + 3% Sasobit 26,4 −4,8
PG58-22 + 4% Sasobit 27,5 −5,9

3.5. Характеристики битума, модифицированного парафином FT при низких температурах

При проектировании дорожного покрытия, низкая температура — это температура, при которой битумная балка, выдержанная с помощью PAV, имеет жесткость на ползучесть 300 МПа минус 10 ° C, через 60 секунд после нагружения устройством реометра изгибающейся балки. .-Значение битумной балки во время загрузки более 0,3.

На рис. 8 показана жесткость модифицированного битума Sasobit при различных температурах. Из этого рисунка можно увидеть, что когда содержание FT-парафина увеличивается, жесткость битума при низкой температуре также увеличивается. Эта тенденция более заметна при более низких температурах. На рисунке 9 показана тенденция изменения значения -значения в зависимости от температуры для базового и модифицированного битума. Согласно этому рисунку, при данной температуре более высокое содержание FT-парафина приводит к более низкому значению.Изменение жесткости и значений показывает, что увеличение процентного содержания FT-парафина ухудшает характеристики модифицированного битума при низких температурах. Другими словами, образцы с более низким содержанием этой добавки будут иметь лучшие характеристики при низкой температуре. Следует отметить, что, хотя более высокое содержание FT-парафина снижает минимальную расчетную температуру дорожного покрытия, тенденция такова, что даже в наихудших ситуациях (4% FT-парафина) нижний предел качества покрытия остается неизменным.


Минимальное значение температуры, при котором битум соответствует требованиям, представлено в таблице 6; эта температура называется низкой рабочей температурой (LT). Из таблицы ясно видно, что более высокое содержание FT-парафина вызывает повышение минимальной расчетной температуры дорожного покрытия.


Код образца LT ( ° C) LT изменение ( ° C)

PG58-22 −16.4
PG58-22 + 1% Sasobit −16,1 −0,3
PG58-22 + 2% Sasobit −14,7 −1,7
PG58-22 + 2,5% Sasobit −13,9 −2,5
PG58-22 + 3% Sasobit −11,3 −5,1
PG58-22 + 4% Sasobit −10,6 −5,8

3.6. Влияние парафина FT на степень эффективности SHRP

На рисунке 10 показаны изменения степени эффективности (PG) базового и модифицированного парафином FT битума на основе системы классификации характеристик Superpave (ASTM D6373). Согласно этому рисунку, при увеличении содержания FT-парафина характеристики модифицированных образцов битума значительно улучшаются при высокой температуре, так что верхний предел качества битума поднялся с 58 до 70 для модифицированного FT-Paraffin. битум, содержащий 4% FT-парафина.Несмотря на положительное влияние добавки FT-Paraffin на улучшение характеристик при высоких температурах, этот материал не обнаруживает признаков улучшения характеристик при низких температурах с применением добавки. Нижний предел качества битума для всего содержания FT-парафина определен как -22 ° C, аналогично базовому битуму.

4. Заключение

Это исследование оценивает влияние содержания FT-парафина (сасобита) на характеристики базового битума PG58-22 и делает следующие выводы.(i) Результаты испытаний показывают, что увеличение содержания FT-парафина приводит к более высокой жесткости и более низкой температуре размягчения. Неблагоприятное влияние добавки на PI по сравнению с PVN показывает, что текущие испытания не являются подходящими критериями для оценки влияния содержания Sasobit на термочувствительность модифицированного битума. (Ii) Более высокое содержание Sasobit ведет к более высокому и более низкому значению δ и, следовательно, более высокому ( фактор колейности) до и после процесса старения RTFO. Увеличение означает улучшение характеристик модифицированного битума против остаточной деформации при высокой температуре.(iii) Когда содержание добавки увеличивается, значение также увеличивается, что может означать ухудшение характеристик битума при промежуточной температуре. За этим может последовать снижение прочности асфальтобетонных смесей против усталостного растрескивания. (Iv) При любой заданной температуре исследуемого диапазона увеличение содержания Sasobit приводит к увеличению жесткости битума при низкой температуре и уменьшению значения -значения, что означает более высокое минимальная расчетная температура покрытия. (v) Добавление парафина FT (Sasobit) к битуму приводит к снижению вязкости битума.Увеличение процентного содержания Sasobit уменьшает диапазон температур смешивания и уплотнения асфальтобетонных смесей, и эти процессы можно проводить при более низких температурах. (Vi) При более высоких количествах Sasobit верхний уровень эксплуатационных характеристик битума при высоких температурах значительно улучшается. Несмотря на положительное влияние Sasobit на высокотемпературные характеристики, этот материал не оказывает положительного влияния на низкотемпературные характеристики битума PG58-22.

Благодарность

Авторы хотели бы поблагодарить Бехин Тараддод Иранскую корпорацию за предоставление необходимых материалов и их финансовую поддержку.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

*

*