Твердение бетона при пониженных положительных температурах

При производстве бетонных работ в осенне-весенний (а при бетонировании по методу термоса и в зимний) периоды времени для правильного назначения продолжительности выдерживания бетона вопрос об интенсивности его твердения при пониженных положительных температурах приобретает большую актуальность.

Вопрос о влиянии низких положительных температур на кинетику твердения и на достижение максимального использования потенциальных возможностей цемента в бетоне исследован в ЦНИПС С.А. Мироновым еще в 30-х годах. Была установлена положительная роль предварительной гидратации цемента, а также выдерживания готовой бетонной смеси при пониженных положительных температурах перед укладкой при строительстве гидротехнических и других массивных железобетонных конструкций.

При исследованиях температурного фактора в твердении бетона было установлено, что предварительное выдерживание бетона при пониженных температурах является» весьма полезным как при последующем прогреве его, так и при выдерживании в естественных условиях. В настоящее время это положение является общепризнанным как в России, так и за рубежом, хотя в свое время было весьма дискуссионным.

С понижением температуры и приближением ее к 0°С твердение бетона резко замедляется, особенно в раннем возрасте. Объясняется это замедлением скорости химических реакций взаимодействия воды с минералами цемента. Для формирования структуры бетона понижение температуры сказывается, наоборот, положительно: вследствие температурного сжатия составляющих, более полного прохождения процесса седиментации при замедленном схватывании цемента формируется более плотная структура цементного камня.

Сочетание положительного влияния пониженных температур на формирование структуры цементного камня и замедления скорости гидратации в этих условиях может отразиться самым различным образом на прочностных показателях бетона в зависимости от его возраста, состава условий твердения.

Из рис. 19, например, видно, что при 0°С в 8-суточном возрасте бетон имел прочность в 4 раза меньшую, чем твердевший в стандартных условиях. Однако к 28- суточному возрасту образцы, выдержанные в стандартных условиях после 8-суточного хранения при 0°С, даже несколько превзошли прочность эталона. Еще через 28 суток хранения в стандартных условиях прочность этого бетона превосходила прочность эталона на 20%, 28-суточное выдерживание при 0°С конечном итоге привело к получению еще более прочного бетона.

Твердение бетона при постоянных и переменных (естественных) пониженных температурах происходит не с одной и той же интенсивностью. При колеблющихся температура) бетон твердеет интенсивнее (рис. 20). Объяснить это обстоятельство можно тем, что при изменении температуры и связанной с ней влажности происходит перемещение влаги, возникают микронарушения оболочек вокруг зерен клинкера облегчая доступ воды к негидратированной их сердцевине.

Таким образом, низкие положительные температуры благоприятно влияют на конечную прочность бетона. Объясняется это тем, что формирование структуры цементного камня происходит при длительном начальном периоде и более завершенном процессе седиментации. Под воздействием температурного фактора происходит наибольшее самоуплотнение системы, а образующиеся при пониженных температурах оболочки вокруг зерен клинкера более проницаемы для воды, обеспечивая тем самым большую степень гидратации цемента в конечном итоге.

Из уравнения (4) следует, что в нормальных условиях прочность бетона на одних и тех же заполнителях в основном определяется двумя факторами — активностью цемента и водоцементным отношением. Это положение справедливо и для бетона, твердеющего при пониженных температурах. При одних и тех же В/Ц (рис. 21) наблюдается пропорциональное уменьшение прочности (линии практически параллельны).

Однако на интенсивность твердения бетона значительное влияние оказывает минералогический состав цемента. Из данных табл. 6 ясно следует, что цементы, предназначенные для твердения при пониженных температурах, должны содержать максимально возможное количество минералов C3S и C4AF при умеренном содержании С3А. Идентичные выводы можно сделать и при сопоставлении кинетики твердения полиминеральных цементов и бетонов на их основе в рассматриваемых условиях.

Для бетонирования при низких положительных температурах должны применяться тонкомолотые цементы, соответствующие современным быстротвердеющим и высокомарочным портландцементам. Их несколько большая стоимость, безусловно, окупится сокращением длительности выдерживания конструкций и быстрым вводом их в эксплуатацию.

При установлении сроков распалубки и частичной ил» полной загрузки конструкций скорость нарастания прочности бетона в зависимости от температуры в пределах от С до 20 С можно принимать по табл. 7. Зная интенсивность твердения бетона в нормальных условиях, можно определить ее и для пониженных температур, воспользовавшись температурными коэффициентами скорости твердения бетона.

Следует отметить, что в зависимости от минералогического состава клинкера, тонкости помола цемента, вида и количества минеральных добавок, способов уплотнения бетона и других факторов скорость твердения бетона может отличаться от усредненных значений, приведенных в табл. 7. Поэтому при решении вопроса о распалубке конструкций очень важно иметь не только данные о температурном режиме твердения бетона, но и результаты испытания прочности контрольных образцов, хранившихся в аналогичных условиях.