Особенности формирования структуры и твердения бетона при отрицательной температуре. Зимний период в строительстве. Климатические условия Дальнего Востока

следствии этого сокращение времени твердения бетона является основной задачей, особенно при работе в зимних условиях.

Известно, что увеличение температуры приводит к ускорению твердения бетона. Сущность воздействия температурного фактора на твердение бетона заключается в химической активности воды, которая повышается с увеличением температуры. Процесс взаимодействия частиц цемента с водой становится интенсивным, гидратация минералов ускоряется, что приводит к появлению новообразования, формирующий цементный камень [21].

Ниже приведен график нарастания прочности бетона во времени при заданной температуре для данной марки цемента [30].

Рисунок 1.5 - График нарастания прочности бетона

на портландцементе марок 400-500

Значения для других, наиболее часто используемых, марок бетона и марок и видов цемента приведены в таблицах 1.4 – 1.7 на основании известных зависимостей, приведенных в источниках [24, 30].

Таблица 1.4 - Нарастание прочности бетона марок 200 - 300 на портландцементе марки 400 (% от R₂₈)

Возраст бетона, сутки	Температура бетона, °С
	-3	0	5	10	20	30	40	50	60
1/2	-	1	4	5	12	17	28	38	50
1	3	5	9	12	23	35	45	55	63
2	6	12	19	25	40	55	65	75	80
3 4	8 -	18 -	27 38	37 45	50 60	65 71	77 85	85 100	100 100
5 6	12 -	28 -	38 50	50 57	65 70	78 86	90 98	- -	- -
7 10 12	15 - -	35 - -	48 60 65	59 70 72	75 80 85	87 98 100	100 - -	- - -	- - -
14 16 18 20 22 24	20 - - - - -	50 - - - - -	62 70 72 74 78 79	74 80 85 86 87 88	87 92 95 98 100 -	100 - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -
28	25	65	77	85	100	100	100	100	100

Таблица 1.5 - Нарастание прочности бетона марки 400 на портландцементе марки 500 (% от R₂₈)

Возраст бетона, сутки	Температура бетона, °С
	-3	0	5	10	20	30	40	50	60
1	-	8	12	18	28	40	55	65	70
2	-	16	22	32	50	63	75	85	90
3 4	10 -	22 -	32 38	43 45	57 60	69 71	81 85	92 100	98 100
5 6	16 -	32 -	45 50	58 59	68 70	85 86	96 98	- -	- -
7 10 12	19 - -	40 - -	55 60 65	66 70 72	78 80 87	92 98 100	100 - -	- - -	- - -
14 16 18 20 22 24	25 - - - - -	57 - - - - -	69 70 72 74 78 79	78 79 80 82 85 88	90 92 95 98 100 100	100 - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -
28	30	70	90	90	100	100	100	100	100

Таблица 1.6 - Нарастание прочности бетона марок 200 - 300 на шлакопортландцементе марки 400 (% от R₂₈)

Возраст бетона, сутки	Температура бетона, °С
	-3	0	5	10	20	30	40	50	60
1/2	-	-	2	4	7	20	25	32	42
1	-	3	6	10	16	30	40	50	65
2	3	8	12	18	30	40	60	75	90
3	5	13	18	25	40	55	70	90	-
5	8	20	27	35	55	65	85	-	-
7	10	25	34	43	65	70	92	-	-
14	12	35	50	60	80	96	100	-	-
28	15	15	65	80	100	-	-	-	-

Таблица 1.7 - Нарастание прочности бетона марки 500 на портландцементе марки 600 (% от R₂₈)

Возраст бетона, сутки	Температура бетона, °С
	0	5	10	20	30	40
1	8	13	21	32	45	59
2	17	25	36	52	65	75
3	23	35	46	62	74	83
7	42	57	68	83	90	98
14	58	73	82	94	100	-
28	71	83	92	100	-	-

При более высоких температурах (порядка +70 – 80 ^оС) процесс гидратации значительно ускоряется, позволяя сэкономить время на бетонирование, однако, так же отрицательно влияя на структуру, вследствие неполной гидратации из-за частичного испарения воды затворения. Поэтому режимы тепловой обработки бетона выбирают в зависимости от вида конструкций, её объема и способов прогрева. На рисунке 1.3 представлены режимы прогрева бетона [21, 24, 25]

а - разогрев и изотермический прогрев; б - разогрев, изотермический прогрев и регулируемое остывание; в - разогрев и регулируемое остывание; г - ступенчатый режим разогрева, изотермический прогрев и регулируемое остывание; д - саморегулирующий электроразогрев при постоянном напряжении; е - изотермическое выдерживание

с медленным остыванием

Рисунок 1.3 - Режимы прогрева бетона

Под режимом понимают совокупность параметров прогрева включающих скорость подъема температуры и температуру выдерживания, а так же продолжительность подъема, выдерживания и остывания бетона. Режим тепловой обработки должен обеспечить достижением бетона заданной прочности в сроки указанные в технологической карте.

1.2.2 Компоненты бетона

Основными компонентами бетона являются цемент, вода, заполнитель и добавки разного функционального действия. В зависимости от назначения бетона и требований к нему и бетонной смеси подбираются материалы с соответствующими показателями качества, и рассчитывается состав. При бетонировании в зимних условиях необходимо учитывать влияние на твердение бетона, прежде всего характеристик цемента и добавок, а так же количество воды.

Качество портландцемента в первую очередь определяется минеральным составом, а именно, наличием трехкальциевого силиката 3CaO*SiO₂ (так называемого алита) – минерала с высокой гидравлической активностью и большим тепловыделением; двухкальциевого силиката 2CaO*SiO₂ медленно твердеющего; и трехкальциевого алюмината 3CAO*Al₂O₃  быстро твердеющего с высоким тепловыделением, но имеющего низкую прочность [6].

Поэтому при зимнем бетонировании необходимо учитывать показатели качества цемента, в том числе минеральный состав. Характеристики цементов Дальневосточного региона, а именно Теплоозерского и Спасского цементных заводов даны в приложении.

Химическая реакция при схватывании и твердении цемента сопровождается выделением тепла, количество которого зависит от наличия различных соединений в цементе и массы цемента. Так, 1 кг цемента М300 выделяет в бетоне за 7 суток не менее 168 кДж, 1 кг цемента М400 не менее 210 кДж. При производстве бетонных работ в зимнее время рекомендуется применять цементы с повышенным содержанием C₃S, C₃A, так как их экзотермия при твердении цемента положительно влияет на скорость твердения. Тепловыделение некоторых цементов представлено в таблице 1.8 [24].

Таблица 1.8 - Тепловыделение цементов различной марки

Вид и марка цемента	Темпе-ратура, оС	Тепловыделение цементов, кДж/кг
		0,25	0,5	1	2	3	7	14	28
Портландцемент 300	5 10 20 40 60	- 8 25 50 83	- 25 42 84 147	25 42 75 147 188	58 84 126 180 230	84 126 167 230 272	167 188 230 251 298	209 230 251 293 -	230 272 293 - -
Портландцемент 400	5 10 20 40 60	- 12 42 84 130	- 25 67 134 188	29 50 105 188 230	63 105 167 230 272	109 146 209 272 314	188 209 272 314 335	209 251 314 335 -	272 314 377 - -
Портландцемент 500, 600	5 10 20 40 60	12 25 42 105 188	25 42 84 167 230	42 63 125 209 272	89 105 188 272 314	125 167 251 293 356	188 251 292 356 377	230 393 335 377 -	314 377 419 - -
Портландцемент быстротвердеющий 600	5 10 20 40 60	25 33 63 117 209	33 50 105 188 251	50 75 147 230 293	105 125 209 293 335	147 167 293 335 377	209 372 335 377 419	251 335 377 419 -	314 377 419 - -
Шлакопортландцемент и пуццолановый портландцемент 300	5 10 20 40 60	- - - 42 63	12 25 33 75 105	25 33 62 117 147	42 63 125 167 209	63 105 147 209 230	126 167 209 251 272	167 209 251 272 -	188 230 272 - -

Тепловыделение цемента, как правило, не приводится в документах о качестве, но может быть определено по ГОСТ 310.5-88.

Для придания бетонным смесям и бетонам специальных