Автореферат: Технология устройства монолитных бетонных конструкций в переменных температурно-влажностных условиях (применительно к условиям Вьетнама)

Следует отметить, что в ряде выполненных во Вьетнаме работ изучались отдельные вопросы возведения монолитных бетонных конструкций в условиях жаркого влажного климата, связанные, главным образом, с формированием структуры и свойств твердеющего бетона. Эксперименты в основном были проведены в лабораторных условиях. В естественных условиях эксперименты были проведенны в условиях среды, параметры которой полностью не отражают переменный характер климата Вьетнама.

Результаты ранее проведенных исследований не позволяют установить полный характер и сущность физических процессов и деструктивных изменений, протекающих в монолитном бетоне. Отсутствие системного анализа влияния всего комплекса основных технологических факторов и климатических параметров окружающей среды на свойства бетонной смеси и бетона, выдержанного в переменных температурно-влажностных условиях жаркого влажного климата, не позволяет дать аргументированные рекомендации эффективных технологий и способов производства работ.

На основе проведенного анализа сформулированы основные цели и задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена изучению зависимости начальной подвижности бетонной смеси от ее температуры и изменения подвижности бетонной смеси в процессе транспортирования в условиях жаркого влажного климата в зависимости от условий транспортирования, вида транспортных средств, технологических факторов и основных параметров окружающей среды.

Выявлено, что при постоянном водоцементном отношении и водосодержании с повышением температуры смеси ее начальная подвижность уменьшается. Однозначная зависимость начальной подвижности бетонной смеси от ее температуры (точнее температуры компонентов, обусловливающей температуру смеси) объясняется, на наш взгляд, физико-химическими процессами, протекающими в ней с начала затворения водой.

Определенное влияние на изменение подвижности оказывает водоцементное отношение. С его понижением интенсивность уменьшения подвижности возрастает.

Установлена зависимость водопотребности бетонной смеси для обеспечения одинаковой подвижности от ее температуры. Так, при увеличении температуры смеси на 5⁰С ее водопотребность возрастает на 4% при В/Ц = 0,4 и на 3,5% - при В/Ц = 0,6.

Эксперименты по изучению изменения подвижности бетонной смеси были проведены в естественных условиях. Начальная температура смеси составляла 17, 20, 25 и 30⁰С. Параметры окружающей среды соответствовали 5 климатическим циклам Вьетнама, приведенным в табл. 1.

Таблица 1

Параметры окружающей среды

Примечание: t_ср - температура среды; W_ср - относительная влажность среды; Q_с - интенсивность солнечной энергии

Бетонную смесь транспортировали в автосамосвалах емкостью 1,5 и 3м³ (высота слоя смеси по борту составляла соответственно 20 и 40 см) в условиях ограниченно свободного массообмена с окружающей средой (автосамосвал не укрывали), в условиях исключенного массообмена (автосамосвал укрывали влагоизоляционным материалом) и в автобетоносмесителях емкостью 6 м³. Бетонная смесь имела начальную подвижность 6 и 14 см ОК. Продолжительность транспортирования составляла 30 мин и 60 мин.

Существенное влияние на уменьшение подвижности бетонной смеси оказывает продолжительность транспортирования. В зависимости от температурных условий транспортирование смеси с начальной подвижностью 6 см ОК в открытом автосамосвале в течение 30 минут вызывает уменьшение подвижности до 2…4 см, а в течение 60 мин - до 0…2 см; при начальной подвижности 14 см ОК уменьшение подвижности происходит, соответственно, до 6…11 см и 2…9 см.

Транспортирование в автобетоносмесителе несколько уменьшает потери подвижности бетонной смеси. Подвижность смеси с начальной 6 см ОК за 30 мин транспортирования снижается до 3…5 см, а за 60 мин - до 1…4 см; подвижность смеси с начальной 14 см ОК, соответственно, до 8,5…12 см и 5…10 см.

Оказывает значительное влияние на снижение подвижности смеси ее температура. Увеличение начальной температуры смеси на 10…13⁰С (с 17…20⁰С до 30⁰С) вызывает возрастание потери подвижности за 30…60 мин транспортирования в открытом автосамосвале смесями с начальной подвижностью 6 см ОК на 1…3 см, а смесями с начальной подвижностью 14 см ОК - на 3…5 см; при транспортировании в автобетоносмесителе - на 1…1,5 см и 2,5…4 см (рис. 1).

Неблагоприятное влияние на изменение подвижности бетонной смеси в процессе транспортирования оказывает температура окружающей среды. При ее повышении возрастает температура смеси и, соответственно, интенсифицируется уменьшение подвижности смеси.

Повышение температуры окружающей среды с 20…22⁰С до 32…36⁰С вызывает уменьшение потери подвижности за 30…60 мин транспортирования в открытом автосамосвале смесями с начальной подвижностью 6 см ОК на 2…2,5 см, а смесями с начальной подвижностью 14 см ОК - на 3,5…4,5 см (рис. 2); при транспортировании в автобетоносмесителе - на 1,5…2 см и 3…4 см.

Условия транспортирования и вид транспортных средств не оказывают существенного влияния на изменение подвижности смеси в процессе транспортирования. Бетонная смесь с начальной подвижностью 6 см ОК через 30…60 мин транспортирования в различных транспортных средствах имеет разницу в подвижности всего в 1…2 см. У бетонной смеси с начальной подвижностью 14 см ОК разница в подвижности составляет 1,5…3 см.

Укрытие автосамосвалов влагоизоляционным материалом позволяет уменьшить потерю подвижности бетонной смеси с ОК 14 см за 60 мин транспортирования при температуре среды 32…36⁰С всего на 1 см (с 2 до 3 см). Экспериментально определен коэффициент потери подвижности смеси за время транспортирования (з), величина которого зависит от начальной температуры смеси, температуры окружающей среды, условий и продолжительности транспортирования. В зависимости от требуемой подвижности ОК_тр и коэффициента потери подвижности з, отпускная подвижность ОК_оп, которую должна иметь бетонная смесь при ее приготовлении, определяется по формуле:

ОК_оп = ОК_тр / з

Основной причиной потери подвижности бетонной смесью является, на наш взгляд, ускорение химического связывания воды и увеличение количества физически связанной воды, вследствие интенсификации процессов схватывания и адсорбции воды.

Сохранение начальной подвижности бетонной смеси и обеспечение заданной удобоукладываемости к моменту укладки ее в опалубку при возведении монолитных конструкций в условиях переменных температурно-влажностных параметров среды возможны путем уменьшения начальной температуры смеси, сокращения продолжительности транспортирования смеси, транспортирования смеси в автобетоносмесителях и использования эффективных пластифицирующих добавок.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований основных физических процессов, протекающих на ранней стадии твердения бетона в переменных температурно-влажностных условиях среды. В процессе экспериментов одновременно производили измерения температуры, влагопотерь и деформаций твердеющего бетона.

С целью выявления степени влияния условий массообмена с окружающей средой на физические процессы, образцы выдерживали: в условиях свободного массообмена с окружающей средой (неопалубленные поверхности были открыты на протяжении всего эксперимента); в условиях исключенного массообмена с окружающей средой (неопалубленные поверхности сразу после формования укрывали влагоизоляционным материалом); в комбинированных условиях (в течение первых 4-х часов - в открытом состоянии, затем - укрывали влагоизоляционным материалом).

Испытуемые образцы изготавливали из бетонных смесей с В/Ц = 0,6 и 0,4 и подвижностью 6…8 и 14…16 см. Начальная температура смесей составляла 20…22⁰С и 29…31⁰С.

Эксперименты проводили в естественных условиях, соответствующих 5-и циклам климата Вьетнама (табл 1).

Результаты экспериментов позволили установить характер изменения температуры бетона на ранней стадии твердения в зависимости от комплексного влияния температуры и влажности окружающей среды.

В среде с t_ср = 28…35⁰С через 4…6 часов выдерживания температура в центре образца достигает 36…37⁰С, в среде с t_ср = 28…40⁰С - 48…50⁰С. В ночное время, когда температура среды уменьшается до 25…28⁰С, температура в бетоне тоже постепенно снижается до минимальной величины, приближающейся к температуре воздуха

Укрытие неопалубленной поверхности пароизоляционным материалом (полиэтиленовой пленкой) позволяет уменьшить тепло- и масообмен бетона с окружающей средой. Важным фактом является то, что в укрытом бетоне температура держится на довольно высоком уровне и изменяется более умеренным темпом, чем температура среды. Температура бетона, выдержанного в комбинированных условиях, повышается постепенно и мало отличается от температуры бетона, выдержанного в укрытом состоянии.

Исследования процессов массопереноса и массообмена в бетонах проводились на образцах-кубах с ребром 10 см. Влагопотери определяли путем взвешивания на электронных весах, обеспечивающих точность до 1 г.

Результаты экспериментов позволили выявить механизм и особенности испарения влаги из бетона на начальной стадии его твердения в зависимости от параметров окружающей среды, условий выдерживания и состава бетона.

С увеличением температуры среды и уменьшением ее влажности возрастает интенсивность испарения на ранней стадии и количество испарившейся влаги. Так, при выдерживании в условиях свободного массообмена с окружающей средой в зависимости от ее параметров из бетона разных составов за первые 12 часов испаряется от 6 до 51% воды, введенной при затворении, за 72 часа - от 20 до 61% (табл. 2).

Таблица 2

Влагопотери бетона, твердевшего в жарком влажном климате при различных условиях массообмена с окружающей средой