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)

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

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

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

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

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