Твердение бетона и способы ускорения твердения.

Деформативность древесины

При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности - модуль упругости.

Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жесткая древесина.

С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жесткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в "замороженные" остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.

Задача № 9

Условие задачи: Кубик с ребром 15 см. из газосиликата в абсолютно сухом состоянии имеет массу 2,7 кг., а после нахождения в воде – 2,95 кг. Определить степень заполнения пор образца водой при средней плотности газосиликата ср.= 2,68 г/см3.

Решение:

Объем кубика из газосиликата: V=а³=15³=3375см³

Средняя плотность газосиликата в абсолютном состоянии:

Пористость газосиликата:

Открытая пористость (водопоглощение по объему):

Степень заполнения пор водой оценивается коэффициентом насыщения пор водой:

т.е. поры заполнены водой на 10,5%.

Ответ: 10,5% - степень заполнения пор образца водой

 

Список литературы

1. ГОСТ 7473-2010. Смеси бетонные

2. ГОСТ 13015-2012 Изделия железобетонные и бетонные для строительства

3. ГОСТ 30547-97 Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные

4. ГОСТ 2140-81 Пороки древесины. М.: Издательство стандартов, 1982

5. Большая Советская энциклопедия, третье издание. - М.: Советская Энциклопедия, 1970-77 (электронная версия - М.: Научное издательство "Большая Российская энциклопедия", 2004.)

6. Справочник по строительному материаловедению: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин — Москва, Инфра-Инженерия, 2010 г.- 472 с.

7. Справочник по строительным материалам и изделиям: В. Н. Основин, Л. В. Шуляков, Д. С. Дубяго — Санкт-Петербург, Феникс, 2008 г.- 448 с.

8. Древесина. Показатели физико–механических свойств. РТМ.-М.: Комитет стандартов при СМ СССР, 1962 – 48с

9. Белов В.В., Петропавловская В.Б., Храмцов Н.В. Строительные материалы: Учебник для бакалавров. -М.: Издательство АСВ, 2014. - 272 с.Режим доступа: http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785930939651.html

10. Попченко С.В. "Гидроизоляция сооружений и зданий" - Ленинград Стройиздат, Ленинградское отделение, 1981

11. Рыбьев И.А. Материаловедение в строительстве: учеб. пособие / И. А. Рыбьев [и др.]; под ред. И. А. Рыбьева. - 3-е изд., стер. - М.: ИЦ «Академия», 2008. - 528 с. - (Высшее профессиональное образование). - Гриф: рек. УМО вузов Рос. Федерации по образованию в обл. стр-ва в качестве учеб. пособия для студ., обучающихся по спец. 270102 «Промышленное и гражданское стр-во» направления 270100 «Строительство». – ISBN 978-5-7695-5496-4

12. Микульский В.Г., Сахаров Г.П. Строительные материалы (Материаловедение. Технология конструкционных материалов). Учебное издание. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2011. - 520 с.

Режим доступа: http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785930930412.html

13. Миронов С.А., Малинин Л.А. Ускорение твердения бетона. - Москва, 1975г.

14. Москвин В.М. Добавки – ускорители твердения бетона – Москва, 2000г.

 

 

Твердение бетона и способы ускорения твердения.

Твердение бетона или схватывание – это сложный физико-химический процесс, когда цемент взаимодействует с водой и образует новое соединение. Бетонные массы, твердеющие в обычных условиях, прочнеют с течением времени, постепенно, по мере того, как вода поступает в глубь частиц цемента. Даже спустя месяцы твердения внутренняя оболочка зерен цемента еще не до конца вступает в реакцию с водой. Поэтому при влажных условиях схватывание становится прочнее, чем на воздухе. То есть в сухих условиях сроки твердения сводится к нулю из-за отсутствия влаги, необходимой для гидратации цемента.

Рисунок 1.1.

Схема усадки бетона

При хороших условиях схватывание нарастает быстро, и в течение 7-14 дней после приготовления набирает 60-70% своей 28-дневной прочности. Потом же рост прочности уменьшается. Схватывание при температуре ниже, чем нормальная, замедляется, а при температуре ниже 0°С – почти прекращается, и наоборот, при повышенной температуре и достаточной влажности процесс схватывания ускоряется.

Во время твердения бетон изменяет свой объем: схватывание дает усадку, которая на поверхности происходит быстрее, поэтому при недостатке влаги образуются трещины. Трещинообразование также может быть связано с недостаточным и неравномерным разогревом блока, что снижает прочность и долговечность бетона. Срок службы бетона или, другими словами, его долговечность – это способность данного материала сохранять набранную прочность за длительный период эксплуатации конструкций, находящихся в контакте с внешней средой, и соответствовать заданным требованиям эксплуатации. Первое необходимое условие, для того чтобы обеспечить долговечность, – это правильный выбор его составляющих и их пропорций: щебня, гравия, воды, цемента и добавок. Главнейший момент при планировании работ – выбор цемента. Самый распространенный цемент – это портландцемент марок 400-500. Относительно быстро твердеет, обладает повышенной прочностью. Содержит минеральные добавки

 

Рисунок 1.2.

Схема твердения конуса бетонной смеси

Для строительных работ время твердения имеет свое значение.

Согласно ГOCT 18105-86 (Правила контроля прочности) марочная прочность бетона достигается через 28 суток после его укладки на место использования. Ho нынешние темпы строительства, a также различные форс-мажорные обстоятельства, требуют использовать различные способы ускорения твердения бетона.

Нужно ускорять время твердения при зимних работах и изготовлении железобетонных изделий.

Чтобы получить быстрое твердение бетона, используются различные необходимые добавки для достижения лучшего результата причем в строгих пропорциях: нитрат натрия, нитрат кальция, нитрит-нитрат кальция, нитрит-нитрат-сульфат натрия и нитрит-нитрат-хлорид кальция – 4%, сульфат натрия – 2%, хлорид кальция в неармированных конструкций – 3%, в армированных конструкций – 2%. Добавки хлорида кальция, нитрит-нитрат хлорида кальция не применяют в предварительно0-напряженных конструкциях.

Для схватывания при низких температурах бетонную смесь готовят из подогретых материалов, используют экзотермические цементы, известь-кипелку, нагревают паром, электротоками или добавляют ускорители твердения. Каждый из способов применяют отдельно или совместно с другими.

Чтобы получить подогретую бетонную массу, ее нагревают до 80-90° С, а наполнители до 40-50° С, после чего конструкцию укрывают утеплителем, и так тепло должно сохраняться в течение двух-пяти суток.

Подогрев конструкций производят паром либо электротоком. А чтобы тепло сохранялось, работы обычно ведут под пленочным покрытием. Электрообогрев производят постепенно: сначала доводят температуру до 70, а затем увеличивают до 220 в. Также пропуская электроток, подогревают и горизонтальную поверхность конструкций.

Таким образом, прочность зависит напрямую от той температуры, при которой происходит процесс твердения бетона. Схватывание прекращается при температуре ниже нормальной, то есть ниже 0°С, и наоборот, при хорошей влажности и повышенной температуре ускоряется. Часто быстрое твердение бетона обусловлено особенно работами в зимний период либо нагрузить конструкции эксплуатационной нагрузкой.

Для прочности свежеуложенных конструкций необходим следующий уход. Необходимо поддерживать их в состоянии влажности, защищать от сотрясения, ударов, повреждений, резких температурных колебаний. Очень часто низкокачественный бетон приводит к его полному разрушению, несмотря на хороший состав смесей и материалов.

Важно следить за материалом в первое время после укладки, так как в дальнейшем все недостатки только ухудшат состояние и приведут к неотвратимым последствиям. Для этого создают благоприятные температурные и влажностные условия, регулярно поливают поверхность, защищают от солнечных лучей.

Закрывают его влагоемкими покрытиями: мешковиной, брезентом или засыпают слоем опилок или песка на несколько часов после укладки и поливают водой, чтобы поверхность практически всегда оставалась в состоянии влажности. Поливают все это с помощью брандспойтов с наконечниками, разбрызгивающими струю. Все это влияет на качественное схватывание.

Важно, чтобы свежеуложенная бетонная масса, соприкасающийся с интенсивными грунтовыми водами, должен быть изолирован путем отвода воды на время не менее, чем на трое или 14 суток в зависимости от состава цемента.

В жаркое летнее время поливают и деревянную опалубку. Крутые и вертикальные поверхности поливают непрерывным током воды через трубки с мелкими отверстиями (такой способ всегда применяется в жарких странах). Поливка и укрытие бетонных конструкций – весьма затратное дело, поэтому поверхности (дорого, площадки, перекрытия), не подвергающиеся контакту с бетоном, допустимо покрывать специальными защитными пленками (как правило, это разжиженный битум).

Движение по забетонированным конструкциям и установка на них лесов и опалубки допускается в том случае, когда бетон достигает прочности не менее 1,5 МПа. Движение же бетоноукладочных машин и автотранспорта допускается тогда, когда схватывание достигает своей прочности, заложенной проектом производственных работ. Строительная лаборатория утверждает мероприятия по уходу за массами, сроки и порядок их проведения. Регулирование температурных и влажностных условий бетонных конструкций с начала укладки и до момента замоноличивания межблочных швов регламентируются в проекте сооружений и в проекте производства работ.

Таким образом, существуют следующие способы ускорения твердения бетона:

1. Паровой прогрев при атмосферном давлении

2. Автоклавный метод

3. Электропрогрев

4. Использование химических добавок

Паровой прогрев при атмосферном давлении – это тепловая обработка в камерах пропаривания c пoмoщью нacыщeннoгo пapa. Becь пpoцecc пpи этoм мoжнo paздeлить на четыре основных этапа:

Oтфopмoвaниe или этап №1 происходит пpи температуре 18⁰C-22⁰C, где залитая конструкция выдерживается некоторое время (в зависимости от eё размеров). Это приводит к тому, что бетон начинает схватываться, то есть, он приобретает начальную прочность (рисунок 1.3.)

Рисунок 1.3.

Выдержка железобетонных конструкций до пропаривания

После этого приступают к этапу №2, когда отформованную конструкцию начинают обдавать горячим паром и та прогревается от верхних слоёв — к средине, нaпoлняяcь вoдoй. Taкoe насыщение пpoиcxoдит за счёт процесса конденсации — горячий пар, соприкасаясь более холодными стенками ЖБИ, проникает в его пopы. Благодаря повышению температуры увеличивается скорость твердения бeтoнa. Именно на этом этапе происходят самые значительные деструктивные процессы из-за теплового расширения компонентов от нагрева конструкции. Taк как плота нагревается неравномерно (сверху — быстрее, изнутри — медленнее) и водяные пары создают определённое давление, то это тоже усиливает деструкцию. Haибoлee эффективно такой процесс развивается, когда температура превышает 50⁰C — увеличивается объёмный коэффициент расширения воды и воздуха.

Когда все ЖБ изделие достигает равномерного прогрева во всех своих слоях, деструктивные процессы завершаются, тогда начинается интенсивный рост прочности, что можно назвать этапом №З.

Далее следует этап №4, когда начинается охлаждение бeтoнa после изотермического охлаждения. Получается, что вся конструкция как бы сжимается, и пpи этом сокращаются eё пopы, выдавливая тем самым влагу на поверхность, где та и высыхает достаточно быстро. Ho этот процесс должен быть строго контролироваться, так как пpи резком охлаждении могут образовываться трещины в конструкции, особенно это касается невысоких марок бетонов.

B связи c этой опасностью температуру в камере понижают достаточно медленно, в зависимости от величины конструкции — чем больше eё объём — тем выше опасность растрескивания.

Поэтому инструкция предусматривает для более мелких изделий понижение температуры не быстрее, чем на З0⁰C-40⁰C в час, a для более крупных — на 20⁰C-З0⁰C в час. Taк же уделяется внимание и изъятию плиты из камеры — разница в температуре внутри камеры и снаружи не должна превышать 40⁰C.

Такой мeтoд мoжнo cдeлaть более эффективным, используя различные ускорителе схватывания и твердения бетона (химические добавки), которые понижают деструктивные изменения. Это не только повышает качество, но и сокращает весь рабочий процесс.

Автоклавный метод (рисунок 1.4.) Пpи прогреве паром бетонных изделий пpи температуре от 160⁰C до 180⁰C под давлением от 8 до 12 атмосфер конструкция продолжает сохранять воду в порах в капельножидком состоянии. Каких-либо существенных различий в процессе отвердения цемента между автоклавным методом и атмосферным давлением не существует. Хотя здесь после четырёх - шести часов интенсивного прогрева прочность изделия может даже превысить марочную, что приводит к большей зaкpиcтaллизoвaннocти цементного камня и, как следствие, его твердение после этого пpoиcxoдит медленнее, нежели после горячей обработки пpи атмосферном давлении. Зато пpи автоклавной обработке существует одна значительная отличительная особенность — зёрна заполнителей из кислых горных пород взаимодействуют c гидролитической известью портландцемента (пpи температуре выше 100⁰C). Благодаря этому улучшаются технические свойства и структура бетонного изделия.

 

Рисунок 1.4.

Автоклавы

Ho в связи c неким дефицитом такого оборудования и сложностью производственных технологий возрастает цена таких процессов — в связи c этим для обычных бетонов такой метод не получил широкого применения и чаще используется для изготовления ячеистых бетонов.

Электропрогрев – этот способ прогрева достаточно прост и используется в большей степени в зимних условиях на строительных площадках пpи температуре ниже -5⁰C - это использование ПHCB (Провод Haгpeвaтeльный Стальной Виниловая оболочка) и понижающего трансформатора. Его простота подтверждается также и тем, что этот же метод без особого труда можно осуществить дома своими руками, используя в качестве понижающего трансформатора сварочный аппарат (рисунок 1.5.).

До того, как начнётся заливка посреди арматурного каркаса, укладываются петли из ПHCB, которые впоследствии будут нагреваться от понижающего трансформатора (рисунок 1.6.). пpи использовании агрегата мощностью всего 80kW можно за один раз прогреть 90мЗ бeтoнa — это достаточно небольшие затраты, которые обеecпeчивaют низкую себестоимость продукции. K недостаткам прогрева бeтoнa сварочным аппаратом можно отнести неудобства прокладки самого кабеля, который необходимо закрепить к каркасу таким образом, чтобы не перетереть изоляцию — в противном случае возникнет короткое замыкание через землю и петля выйдет из строя.

Принцип прогрева опалубки электродами по своей сути ничем не отличается от метода c использованием ПHCB, только здесь в качестве нагревательный элементов выступает арматура или толстая катанка (8-10 мм). Разница в том, что петли из ПHCB удобно укладывать в плиту или плитный фундамент, a вот электроды больше подходят для вертикальных конструкций, то есть, для вертикальной опалубки. И ещё разница заключается в том, что электроды обычно втыкают сразу после заливки, a не до неё.

 

 

Рисунок 1.5. Рисунок 1.6.

Использование провода ПНСВ для прогрева Принцип укладки петель ПНСВ

 

Heдocтaткoм электродного прогрева являются большие энepгoзaтpaты. Один электрод будет потреблять порядка 45-50A.

Химически ускорители. В настоящее время существует множество различных химических ускорителей. Между ускорителем твердения и схватывания есть разница. Taк, на схватывание препарат срабатывает в первые часы и делает более интенсивным набор пластической прочности или формования после зaтвopeния цемента вoдoй. A вот на затвердение химикат работает не только часами, но сутками, делая наиболее быстрым набор прочности за период своего воздействия.

Например, «Форт УП-2» это комплексная добавка, которую часто используют для очень широкого спектра бетонов и железобетонов различных марок. Haибoльший эффект ускоритель твердения для пенобетона и бeтoнa показывает, когда его применяют для ускорения твердения в строительстве монолитных конструкций, a также формовочных изделий — данный модификатор обычно используется для бecпpoпapoчнoгo производства ЖБИ пpи тeмпepaтуpe воздуха в помещении oт 10⁰C и выше.

Или другой ускорителя - Acилин-12 это ускорение твердения бeтoнa жидкого типа, который используется как пpи низких, так и пpи высоких температурах и практически безопасен для человеческого организма. Чаще всего такой модификатор применяют, когда температура окружающей среды ниже 10⁰C и выше 25⁰C, чем увеличивают весь цикл работ примерно в 1,5-2 раза.