Intekoufa.ru

Ремонт и стройка
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Реакции при затворении цемента

Реакции при затворении цемента

При новом строительстве и реконструкции зданий в инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга, когда под толщей поверхностных отложений (техногенных и разнозернистых песков) залегает толща слабых пылевато-глинистых грунтов, необходимо учитывать, что большинство зданий, расположенных в центральной части города, была возведена на бутовых фундаментах на естественном основании. Проведенные обследования деформированных зданий на фундаментах мелкого заложения показывают, что одной из причин возникших деформаций является ухудшение свойств грунтов под подошвой фундаментов, вызванное, как правило, различными техногенными факторами. Для восстановления несущей способности фундаментов зачастую достаточно проведения инженерных мероприятий по улучшению физико-механических свойств грунтов основания.

Для закрепления грунтов в геотехническом строительстве в настоящее время широко используются технологии низконапорной (давления до 2,5-3 МПа) и высоконапорной инъекции. Традиционно низконапорная инъекция осуществляется заходками «снизу-вверх» или «сверху-вниз». Более совершенным способом инъекции растворов является манжетная технология фирмы «Солетанш-Баши», по которой через установленную в грунт перфорированную манжетную трубу можно выполнить управляемое инъецирование на любом интервале. К высоконапорной инъекции относится струйная технология закрепления грунтов, когда инъекционный раствор подается в грунт через сопла бурового монитора под высоким давлением (10-100 МПа). Успешное закрепление грунтов инъекционными методами предполагают соответствие параметров процесса инъекции и характеристик растворов решаемой задаче.

К основным видам инъекционных растворов относятся: жидкие, пластичные, стабильные и нестабильные. Для практического применения для закрепления грунтов разработано большое количество рецептур инъекционных растворов: это силикатные, глиноцементные, цементные, растворы на основе синтетических смол, полимеров и др.

2. Низконапорная инъекция цементных растворов

Важным показателем для планирования инъекционных работ является гранулометрический состав грунтов. Идеальным случаем инъекции является соблюдение оптимального соотношения между размерами частиц раствора и инъецируемой среды [3]. Это соотношение соответствует полному пропитыванию среды.

Методом инъецирования цементными растворами, однако, успешно могут быть закреплены только крупно- и среднезернистые пески, в меньшей степени мелкие пески. Однако на основании проведенных экспериментальных работ А. Камбефор отмечает тот факт, что в действительности проницаемость грунта на месте выше величин, получаемых в лабораторных условиях, что объясняется деформацией образцов грунта.

Показателем возможности проведения инъекции цементного раствора в грунт по Ржаницыну Б.А. является отношение:

где размер частиц грунта (песка), мельче которых в его составе содержится 15%, — размер частиц цемента, мельче которых в его составе 85%. Считается, что при значении M³ 8 инъекция возможна.

Но J.K. Mitchell [6] используя то же соотношение считает, что инъекция возможна при — М>24, а при M<11 — невозможна. W. H. Baker [7] в отношении инъекции химическими растворами сформулировал следующий критерий инъецируемости: грунты с коэффициентом фильтрации см/с хорошо инъецируются, грунты с коэффициентом фильтрации см/с имеют среднюю проницаемость для инъекции, грунты с коэффициентом см/с плохо инъецируются.

Инъекционное закрепление цементными растворами глинистых грунтов методом пропитки осложнено и проникновение раствора в них возможно лишь посредством гидроразрывов.

Для определения параметров инъекции методом пропитки используется закон Дарси, который является общим законом движения для ньютоновских жидкостей через пористый материал, , где I — градиент напора, — коэффициент фильтрации среды, определяемый в общем случае по формуле,

где В- постоянная, n- пористость грунта. S- удельная поверхность частиц грунта

Для оценки коэффициента фильтрации грунтов используется формула Козени , (3)

где f- коэффициент зависящий от формы частиц грунта.

По данным А. Камбефора [3], коэффициент фильтрации изменяется в обратной зависимости от величины вязкости. Если известен коэффициент фильтрации грунта для воды, то можно определить коэффициент фильтрации для раствора с известной вязкостью.

При инъекции цементных растворов в грунты под давлением необходимо учитывать реологические параметры пластичных растворов. В качестве основного параметра при приготовлении цементных растворов в строительстве принята подвижность, измеряемая при помощи конуса АзНИИ или вискозиметра Суттарда. Однако растекаемость не может характеризовать реальную подвижность растворов, зависящую от условий движения и реологических параметров жидкости.

Необходимая текучесть строительных растворов достигается, как правило, содержанием в них воды, но ее количество ограничивают требования малого водоотделения и необходимой прочности получаемого материала. Поскольку цементные растворы представляют собой структурированную дисперсную систему, они обладают предельным напряжением сдвига — , которое определяется молекулярными силами сцепления между составляющими ее элементами и взаимодействием их с дисперсионной средой. После затворения цемента для завершения химических реакций требуется относительно малое количество воды В/Ц=0,35 [2]. По данным А. Камбефора [3] цементный раствор с В/Ц=0,43-0,5 находится на границе инъецируемости. Избыточная же вода образует поры в цементном камне, являющиеся дефектами структуры, и понижает его прочность [2]. Цементные растворы с очень высокими В/Ц могут и не набрать требуемой прочности, а кроме того они седиментируют в устье трещин, образованных при гидроразрывах. Для подбора раствора, удовлетворяющего этим противоречивым требованиям, необходимо учитывать многие факторы. Выбор той или иной плотности при разработке рецептуры раствора для закрепления грунтов определяется необходимой прочностью закрепляемого грунтового массива, необходимостью получения хорошей прокачиваемости, в то же время достаточной стабильности раствора. Величина гидравлических потерь при инъекции ограничивается характеристиками насосов. По данным А.Н. Адамовича прочность цементного камня сильно зависит от удельной поверхности применяемого цемента. На вязкость, водоотделение и седиментацию цементного раствора большое влияние оказывают тонкость помола цемента, его химический и минералогические составы, дозы и состав вводимых добавок.

Читайте так же:
Самопротравливающийся цемент двойного отверждения

Цементные растворы являются неньютоновскими вязкопластическими жидкостями движение которых в общем случае характеризуется параметрами Рейнольдса и Бингама , (здесь v — скорость течения; d- гидравлический диаметр; r — плотность раствора; h -коэффициент вязкости; — напряжение сдвига).

Реологическое поведение цементных растворов наиболее полно описывается степенной моделью Освальда-Де Вале , в которой параметр N характеризует степень их неньютоновского поведения.

3. Высоконапорная инъекция (струйная технология)

Закрепление грунта по струйной технологии связано с взаимодействием струй раствора с грунтом. Вследствие сужения потока в мониторе жидкость приобретает большую скорость и дробится по числу сопел установленных в мониторе на отдельные струи. Установленные в мониторе сопла выполняются, как правило, коноидальными с диаметром на выходе 1-5мм. Струя раствора, достигая поверхности грунта в скважине, интенсивно промывает его, увлекая за собой все разрушаемые частицы. Давление жидкости на выходе из сопел монитора практически равно ее скоростному напору. При высоконапорной инъекции струя раствора на протяжении полета претерпевает ряд существенных изменений: на выходе из сопла струя имеет плотную структуру и цилиндрическую форму; по мере удаления от сопла струя, испытывая сопротивление окружающей среды, начинает распыляться, увеличиваясь в поперечном сечении, в результате чего давление по оси струи снижется.

Интенсивность разрушения грунта струей зависит также и от свойств размываемого грунта. Разрушение грунта струей жидкости представляет собой достаточно сложный физико-механический процесс. Фактически процесс по струйному закреплению может быть разделен на несколько этапов: струйное разрушение грунта; струйное перемешивание частиц грунта с раствором; вынос частиц грунта в затрубном пространстве на поверхность. Э.Р. Гольдиным [4] все факторы, влияющие на интенсивность разрушения грунта струей воды, сведены в три группы: факторы, характеризующие струю: ее плотность, начальный диаметр, скорость истечения; факторы, учитывающие физико-механические свойства грунта: угол естественного откоса, критическая размывающая скорость, которая в свою очередь зависит от диаметра частиц грунта, его плотности и сцепления; факторы, учитывающие условия взаимодействия струи с грунтом: гидростатическое давление подземной воды, расстояние от сопла до забоя, скорости вращения монитора.

Важным фактором, определяющим эффективность разрушение грунта, является динамическое давление струи на разрушаемый грунт. Распределение динамического давления по продольной оси струи определяется соотношением:

где, P— давление на выходе из сопла, m — безразмерный коэффициент, определяемый опытным путем; d/l — относительно расстояние по продольной оси струи.

Р.А. Нурок [4] дополнительно отводит большую роль в разрушении струей песчаных грунтов гидродинамическим силам, возникающим при проникании отдельных струек в поры грунта. В результате воздействия жидкости, грунты подвергаются разрушению при силе удара струи меньшей, чем прочность грунтов на сжатие. А.К. Козодой и А.А. Босенко [5] показали, что разрушение пород струей глинистого раствора происходит при значительно меньших давлениях и объясняют это эрозионным разрушением породы твердыми абразивными частицами, содержащимися в растворе.

Читайте так же:
Чем красить цементную поверхность

В зависимости от плотности струи и окружающей среды в соответствии с работами Г.Н Абрамовича [1]. различают следующие виды струи:

  • cвободные незатопленные

Для повышения эффективности технологии стремятся приблизиться к условиям работы «свободной незатопленной» струи, что оказывается возможным в случае применения струи раствора под защитой коаксиальной струи воздуха. В совокупности с применением растворов с высокой плотностью (порядка 1,6 г/см 3 ) это создает дополнительные возможности для повышения эффективности струйной технологии.

Эксперименты по гидромониторной очистке забоя буровых скважин, проведенные в Ленинградском горном институте в 1965г. под руководством Б.Б. Кудряшова, показали, что основным фактором эффективной очистки забоя является турбулентное движение промывочной жидкости, степень интенсивности которой определяется, главным образом, вязкостью этой жидкости.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для оценки реологических и тиксотропных свойств применяемых инъекционных цементных растворов, которые характеризуются значениями вязкости, напряжениями сдвига, были проведены специальные исследования.

Для приготовления цементных растворов использовался лабораторный смеситель марки SC-VS-35W, имеющий скорость вращения до 4500 об/мин. На пробных замесах было определено оптимальное время перемешивания суспензии (время, при котором стабилизировалась плотность раствора). В испытаниях использовался портландцемент М400 Пикалевского объединения «Глинозем». Минералогический состав цемента: C3S — 64%; C2S — 17%; C3A — 4%; C4AF — 1,1%, удельная поверхность — 2400-2600см 2 /г.

После приготовления растворов определялись их реологические параметры и закладывались образцы-кубики в инвентарные формы размером 7,07х7,07х7,07см. Измерения реологических характеристик цементных растворов проводилось при температуре С на ротационном шестискоростном вискозиметре FANN 35SA (рис.1) с двумя коаксиальными цилиндрами.

Рис. 1. Ротационный вискозиметр FANN 35SA

1-измерительный цилиндр; 2-наружный вращающийся цилиндр; 3- стакан с испытуемой жидкостью; 4-вал подвески измерительного цилиндра; 5-привод наружного цилиндра; 6-градуированный диск; 7-реперный визир;8-динамометрическая пружина; 9- переключатель скоростей;;10-пружинное сцепление; 11-шестерня привода для частот вращения 300-600 об/мин; 12-шестерня привода для частот вращения 100-200 об/мин; 13-червячное зацепление для частот вращения 3и 6 об/мин; 14-промежуточный вал; 15-двухскоростной синхронный двигатель.

Исследовались цементные растворы с плотностью от 1,5г/см 3 до 1,8г/см 3 с добавками жидкого стекла (Na2SiO3), хлористого кальция CaCl2 и без добавок. Для увеличения подвижности инъекционных растворов и снижения их водопотребности использовалась также добавка суперпластификатора С-3. Результаты экспериментов приведены на рис. 2(а и б), при обработке результатов использовалась степенная модель.

Рис.2б Зависимость эффективной вязкости от плотности раствора. 1-цементный раствор без добавок; 2-цементный раствор с добавкой Na2SiO3; 3-цементный раствор с комплексной добавкой Na2SiO3+С3; 4-цементный раствор с добавкой CaCl2.

Для всех растворов с добавкой Na2SiO3 динамическое предельное напряжение сдвига и эффективная вязкость оказались максимальными, а с добавками CaCl2 — минимальными. Следовательно, хлоркальциевые цементные растворы по своим реологическим свойствам являются предпочтительными (по сравнению с силикатными цементными растворами) для низконапорного инъецирования грунтов в режиме пропитки, а так же для использования в струйной технологии.

При укреплении грунтов методом гидроразрывов может оказаться предпочтительнее использовать силикатные цементные растворы, обладающие большей седиментационной устойчивостью (рис.3).

Рис.3 Зависимость выхода цементного камня от плотности раствора.

Выход цементного камня для растворов, приготовленных с добавкой Na2SiO3 существенно выше, чем без добавок. Набор прочности цементного камня в возрасте 2 и 7суток выше с добавкой CaCl2, кроме того добавка CaCl2 снижает коэффициент фильтрации цементного камня.

Для оценки тиксотропных характеристик растворов определялось их статическое предельное напряжение сдвига.

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

Учет реологических параметров инъекционных цементных растворов необходим при проектировании работ по закреплению грунтов.

Применение химических добавок позволяет в достаточно большом интервале значений регулировать реологические свойства инъекционных цементных растворов в соответствии с условиями решаемой задачи.

Абрамович Г.П. Теория свободной струи и ее приложение. Труды ЦАГРИ, 1936.

Баженов Ю.М. Высокопрочный мелкозернистый бетон для армоцементных конструкций М. Стройиздат 1963.127с.

Камбефор А. Инъекция грунтов. Пер. с французского. М.: Энергия, 1971.

Читайте так же:
Плотность цемента м500 при хранении

Струйная технология устройства противофильтрационных завес и несущих конструкций в грунте. Смородинов М.И., Крольков В.Н.. Обзор. М., ВНИИОСП, 1984.

Козодой А.К., Босенко А.А Гидравлика промывочных и цементных растворов. М.1969. 331с

Глиноземистый цемент

Глиноземистый цемент – быстротвердеющее высокопрочное вяжущее вещество, получаемое обжигом смеси компонентов, богатых Аl2О3 и СаО. Такой цемент является гидравлическим вяжущим, содержащим в качестве основных составляющих низкоосновные алюминаты кальция.

В сравнении с портландцементом глиноземистый цемент содержит меньше различных компонентов – минералов и добавок. Для улучшения и ускорения процесса помола допустимо введение до 2% добавок, не влияющих на его качество. Иногда в глиноземистый цемент вводят до 20–30% кислого доменного гранулированного шлака, который улучшает некоторые строительно-технологические свойства глиноземистого цемента и удешевляет сам материал.

Химический состав глиноземистых цементов, выпускаемых в РФ и за рубежом, колеблется в очень широких пределах (масс. %): 30-50 Аl2О3; 35-45 СаО; 5-15 SiO2; 5-15 Fe2O3; 1,5-2,5 TiO2; 0,5-1,5 MgO; 0-1 щелочи (Na2O+ K2O). Оксид алюминия понижает температуру плавления сырьевой смеси и образования алюминатов кальция, ответственных за вяжущие свойства глиноземистого цемента. Оксид кальция входит в состав всех основных минералов данного цемента. Оксид магния понижает температуру плавления сырьевой смеси и вязкость расплавов, но избыток его вреден, так как он ухудшает реакционную способность клинкера. Щелочи, оксиды кремния и железа нежелательны в сырьевой смеси, ибо плохо сказываются на качестве цемента. Главный минерал глиноземистого цемента – это однокальциевый алюминат, который обеспечивает быстроту его затвердевания.

Наряду с СаО · Al2O3 в состав глиноземистого цемента входят алюминаты различного состава: 5СаО · 3Аl2О3, 12СаО · 7Аl2О3, СаО · 2Аl2О3. Первые два из них активно гидратируются и схватываются в течение нескольких минут, а последний слабо реакционноспособен.

Сырьем для получения глиноземистого цемента являются бокситы Аl2О3 · хН2О и известняки. В виде примесей бокситы содержат оксиды SiO2 · Fe2O3, TiO2, СаО, MgO. Получение цемента осуществляют методом спекания или плавления (в зависимости от состава бокситов). Гидратация глиноземистого цемента начинается при затворении его водой и по характеру физических процессов сходна с портландцементом, однако химические реакции протекают несколько иначе. Так, СаО · Аl2О3 переходит в десятиводный гидроалюминат кальция, который превращается в восьмиводный двухкальциевый гидроалюминат:

В период схватывания и твердения гель двухкальциевого гидроалюмината уплотняется, и идет кристаллизация новообразований, что и обеспечивает быстрое увеличение прочности цементного теста.

Однокальциевый алюминат схватывается медленно, но твердеет быстро. С12А7также хорошо схватывается, но степень гидратации сравнительно невелика и прочность также. СаО · 2Аl2О3 образует при взаимодействии с водой те же продукты, что и СаО · Аl2О3, но медленнее. Другие минералы (C3A, C2S, C4AF) гидратируются по ранее рассмотренным схемам.

Процесс твердения в целом сходен с описанным для портландцемента, но в качестве кристаллизующегося сростка, формирующего каркас цементного камня, выступают САН10, С4АН14, C2AH8 и гидроферриты. Коллоидная фаза представлена гидроксидами алюминия и железа, заполняющими объем пластичной массы и объединяющими отдельные кристаллиты и сростки в единый каркас. Структура камня глиноземистого цемента имеет крупнокристаллический характер и зависит от внутренней перекристаллизации, ведущей к напряжениям и деформации изделий.

При рассмотрении свойств глиноземистого цемента следует отметить, что при несколько более высокой водопотребности глиноземистого цемента значительная часть воды входит в химически связанное состояние и расходуется на гидратацию. Плотность его цементного камня больше, чем на основе портландцемента, чему способствует образование в процессе твердения гелевидного гидроксида алюминия. Все это улучшает морозостойкость и способность противостоять усадке.

Период схватывания занимает у глиноземистого цемента 5–6 часов, и через сутки твердения его прочность составляет свыше 90%, а на третьи сутки она достигает стандартных значений. Наибольшие показатели прочности (на 50% выше марочной), как правило, отмечаются через 1–3 года твердения. Марка глиноземистого цемента соответствует минимальному пределу прочности (кг/см2) при сжатии образцов из раствора состава 1 : 3 пластичного характера через 3 суток твердения.

Читайте так же:
Раствор цемент отсев песок пропорции

Глиноземистый цемент крайне чувствителен к некоторым факторам, сильно влияющим на его твердение. В течение первых суток необходимо соблюдать увлажнение бетона, изготовленного на его основе, выдерживать температуру до 25°С. При более высокой температуре падает прочность изделий, так как двухкальциевый гидроалюминат перекристаллизовывается в 3СаО · Аl2О3 · 6Н2О, при этом возникает внутреннее давление в порах и трещинах цементного камня, который в результате теряет свою прочность. Выделение 70–80% всего количества теплоты у глиноземистого цемента происходит в первые сутки, что позволяет применять его в условиях низких температур, но исключает использование в массивном бетоне, в условиях жаркого климата и при пропаривании. Рекомендуется затворять глиноземистый цемент холодной водой, вести бетонирование послойно.

При смешивании глиноземистого цемента с другими вяжущими (известь, портландцемент) сроки схватывания сильно сокращаются, снижается прочность. В связи с этим глиноземистый цемент нельзя смешивать с вяжущими иного химического состава.

Как уже отмечалось выше, глиноземистый цемент стоек против действия сульфатных, хлористых, углекислых и других минерализованных природных вод. Это основано на большой плотности и водонепроницаемости бетона на глиноземистом цементе, отсутствии в нем выщелачиваемых веществ и экранирующем действии пленок А1(ОН)3, окружающих частицы цементного камня. Тем не менее действию щелочей такие материалы противостоять не могут.

Глиноземистый цемент менее распространен, чем портландцемент, так как сырье для его производства ограничено и стоит он значительно дороже. Все это позволяет отнести его к специальным цементам, применение которых должно быть оправдано – заделка пробоин в корпусах морских судов, скоростное строительство, зимнее бетонирование, аварийные работы. На основе глиноземистого цемента готовят жаростойкие бетоны.

ГИДРАТАЦИЯ ЦЕМЕНТА

При затворении портландцемента водой происходят реакции, обу­словливающие твердение цементного теста. В присутствии воды сили­каты и алюминаты, перечисленные в табл. 1.1, образуют продукты гид­ратации, которые постепенно затвердевают и превращаются в цемент­ный камень.

При взаимодействии составляющих цемента с водой идут два про­цесса. Прежде всего происходит непосредственное присоединение моле­кул воды, или истинная гидратация. Второй процесс характерен взаи­модействием минералов цемента с водой с их разложением — гидролиз.

Обычно применяют термин «гидратация» ко всем типам реакций цемента с водой, т. е. как к истинной гидратации, так и к гидролизу.

Ле Шателье около 80 лет назад впервые установил, что при одина­ковых условиях продукты гидратации цемента имеют тот же химичес­кий состав, что и продукты гидратации его отдельных составляющих. Позже это было подтверждено Стейнором, а также Боггом и Лерчем, хотя и с оговоркой, что продукты реакции могут воздействовать друг на на друга или даже взаимодействовать друг с другом в системе.

Продукты гидратации цемента характеризуются низкой раствори­мостью в воде, о чем свидетельствует высокая водостойкость цементного камня. Гидратированные новообразования цемента прочно связывают­ся с непрореагировавшим цементом, однако механизм этой связи пока не ясен. Возможно, что гидратные новообразования создают обо­лочку, которая растет изнутри под воздействием воды, проникающей через эту оболочку. Или возможно, что растворенные силикаты прони­кают через оболочку и осаждаются на ней в виде внешнего слоя. И третья возможность: образование и осаждение коллоидного раствора во всей массе после того, как достигнуто насыщение, дальнейшая гид­ратация продолжается внутри этой структуры.

Каким бы ни был способ осаждения продуктов гидратации, ско­рость гидратации непрерывно уменьшается, так что даже после длитель­ного времени остается заметное количество негидратированного цемен­та. Гак, например, через 28 суток после затворения водой зерна цемента прогидратировали только на глубину 4ц. Пауэрс подсчитал, что полная гидратация при нормальных условиях возможна только для цементных зерен размером менее 50ц, но при непрерывном размельчении цемента в воде полная гидратация была получена в течение 5 суток.

Микроскопическое исследование гидратированного цемента не под­тверждает прохождения воды в глубь зерен цемента и выборочной гид­ратации наиболее реакционно способных составляющих (например, СзБ), которые могут находиться в центре зерна. Поэтому представляет­ся, что гидратация развивается вследствие постепенного уменьшения размеров цементных зерен. Действительно, было обнаружено, что в возрасте нескольких месяцев негидратированные зерна цемента гру­бого помола содержат как СзБ, так и С2Б и, возможно, что мелкие ча­стицы СгЭ гидратируются раньше, чем завершается гидратация круп­ных частиц СзБ.

Читайте так же:
Пылесос для уборки цементной пыли

Различные составляющие цемента обычно присутствуют во всех его зернах, и исследования показали, что оставшиеся зерна цемента после определенного периода гидратации имеют тот же относительный мине­ралогический состав, что и целое зерно до гидратации. В течение первых 24 ч может все же происходить избирательная гидратация.

Основными гидратами являются гидросиликаты кальция и трех­кальциевый гидроалюминат. Полагают, что С4АР гидратируется с об­разованием трехкальциевого гидроалюмината и аморфной фазы, воз­можно Са0-Ре203-ая. Возможно также, что некоторое количество Ее20з присутствует в твердом растворе гидроалюмината кальция К

Степень гидратации цемента может быть определена различными способами посредством измерения: количества Са (ОН)2 в тесте; теп­ловыделения при гидратации; удельного веса теста; количества хими­чески связанной воды; количества негидратированного цемента (с по­мощью рентгеноструктурного анализа), а также косвенного по прочно­сти цементного камня.

Тепловыделение при твердении бетона

Набор прочности в результате протекания процесса гидратации неизбежно связан с выделением в окружающую среду тепла. В различных составах этот процесс протекает по-разному. Меньше всего влияния на бетон производит медленное затворение смеси, при котором тепловая энергия выделяется незначительно в течении продолжительного периода времени. Гораздо сложнее ситуация обстоит с быстротвердеющими составами, выделяющими большое количество тепла за короткий промежуток времени.

На протекание процесса в целом влияет скорость гидратации цементного вяжущего. Чем быстрее происходит связывание цемента с водой, тем большее количество тепловой энергии отводится в окружающую среду. Вяжущие, содержащие в своем составе трехкальциевые силикаты, имеют большее тепловыделение, чем двухкальциевые. Но во втором случае прочностные характеристики значительно ниже. Именно поэтому данная проблема актуальна для всех конструкций из высокопрочных бетонов.

Выделяют следующие факторы способные повлиять на количество выделяемого бетоном тепла:

  • Степень обжига и тонкость помола цемента.
  • Количество воды затворения.
  • Присутствие в составе химических добавок.
  • Условия окружающей среды.
  • Количество цемента и его теплоемкость.

Следует отметить, что любые способы ускорить процесс твердения увеличивают тепловыделение. Снижение скорости схватывания напротив приводит к уменьшению количества выделенного тепла.

Устройство массивных конструкций

Тонкостенные бетонные конструкции имеют достаточно большую поверхность испарения, поэтому выделяемая энергия не ощутима. Она рассеивается в теле бетона и отводится с поверхности. Совсем иначе ситуация обстоит в массивных бетонных элементах. Наружная часть прекрасно отдает тепло и охлаждается, при этом внутренний массив не имеет возможности должным образом взаимодействовать с атмосферой и сильно перегревается.

Температура внутренней части значительно превосходит температуру на поверхности. Это служит причиной возникновения напряжений в цементном камне. Если не принять мер, это неизбежно приведет к образованию трещин. Контраст еще больше увеличивается при попытках охлаждения бетона снаружи. Разность температур возрастает, что приводит к большим деформациям.

Методы противодействия тепловыделению

Основной задачей в борьбе с излишком тепловой энергии в толще бетона является выравнивание поверхностных и внутренних температур. Нужно убрать охлаждение с поверхности бетона. Это актуально для возведения гидротехнических сооружений, в которых даже на этапе заливки опалубка может омываться жидкостью. Из бетонного массива напротив, обеспечивается дополнительный теплоотвод. Это осуществляется прокладкой в сердечнике труб по которым постоянно циркулирует охлажденная вода.

Для получения одной и той же марки бетонной смеси может потребоваться разное количество цемента. Высокомарочное вяжущее позволяет снизить расход, в то время как пуццолановые и шлакопортландцементы нужно применять в большем объеме. Учитывая то, что увеличение количества цемента приводит к линейному повышению тепловыделения, для массивных конструкций следует применять только вяжущие высокой марки.

Уменьшение количества воды и соответственно водоцементного отношения также положительно сказывается на равномерном твердении бетонной конструкции. Это приводит к использованию жестких смесей для бетонирования. При необходимости использования подвижного состава применяют белитовое вяжущее. Оно в меньшей степени подвержено влиянию количества жидкости на отдачу тепла.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector