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

Испарение влаги c поверхности материала создает перепад влагосодержания между последующими слоями и поверхностным слоем, что вызывает обусловленное диффузией перемещение влаги из нижележащих слоев к поверхностным.

Наличие температурного градиента внутри материала осложняет механизм переноса влаги. Под влиянием перепада температур на начальной стадии выдерживания (температура поверхности больше температуры центральных слоев), влага стремится переместиться внутрь бетона.

В простейшем случае испарение происходит на поверхности материала, а образующийся пар диффундирует в окружающую среду. В более сложных случаях испарение происходит внутри материала, в определенной его зоне или во всей массе материала, причем перемещение влаги внутри материала происходит как в виде жидкости, так и в виде пара. Скорость перемещения влаги внутри материала зависит от форм связи ее с материалом, поэтому процесс испарения является физико-химическим.

Общий поток влаги внутри материала определяется уравнением:

где:- коэффициент диффузии влаги; - коэффициент термодиффузии влаги; - плотность сухого скелета тела;- молярный перенос влаги под влиянием градиента давления; - градиент влажности; - градиент температуры.

Возрастает испарение при увеличении водоцементного отношения и подвижности бетона. Увеличение В/Ц с 0,4 до 0,6 при постоянной подвижности вызывает повышение влагопотерь за первые 12 часов на 20…40%. С увеличением подвижности бетонной смеси с 6 до 14 см ОК при постоянном В/Ц потери влаги за 12 часов выдерживания повышаются на 2…16% (табл. 2). Бетоны с бульшим В/Ц имеют более крупные поры и количество их больше, чем у бетонов с малыми В/Ц, и испарение происходит за счет диффузии пара. У таких бетонов поверхность, с которой происходит влагообмен с внешней средой, имеет большее количество и размеры открытых пор, она более ноздревата и имеет большую площадь. Поэтому у бетонов с большими В/Ц влагоотдача идет интенсивнее.

Установлено, что свободное укрытие неопалубленной поверхности полиэтиленовой пленкой уменьшает количество теряемой воды, но не исключает испарение полностью: за 12 часов выдерживания испаряется от 3 до 15%, а за 72 часа - от 6 до 20% воды (табл. 2).

Выдерживание бетона в комбинированных условиях массообмена с окружающей средой приводит к усредненным влагопотерям: в зависимости от параметров окружающей среды за первые 12 часов испаряется от 4 до 40%, а за 72 часа - от 8 до 45% воды, введенной при затворении (табл. 2).

Изучение деформаций осуществляли на разработанной нами установке, позволяющей измерять деформации в горизонтальном и вертикальном направлениях индикаторами часового типа с точностью 0,01 мм. Образцы - призмы размером 10х10х30 см, в торцы и верхние поверхности которых заделывали пластины из жести толщиной 0,8 мм и размером 10х10 см для опирания индикаторов, изготавливали в металлических формах. Через 20…30 мин после изготовления боковые стенки снимали, оставляя образцы на поддонах, и помещали их в установки для измерения деформаций, где они находились на протяжении всего эксперимента.

Исследования показали, что деформации проявляются сразу после начала выдерживания (рис. 3). Их характер и величины зависят от целого рада факторов: состава бетона, параметров окружающей среды, условий выдерживания, направления измерений. Выявлено, что фиксируемые деформации являются суммарной величиной температурного расширения и контракционной и влажностной усадок, протекающих на ранней стадии твердения бетона. Однако при исследованных параметрах среды и начальных температурах бетона превалирующее влияние оказывает усадка.

Испарение влаги и связывание воды в процессе гидратации цемента приводят к превалирующему проявлению усадочных деформаций бетона. Интенсивная усадка протекает в первые 1…3 часа и достигает своего максимального значения к моменту испарения из бетона 12…20% воды, введенной при затворении и в зависимости от его состава и параметров окружающей среды в горизонтальном направлении достигает величины 0,58…3,52 мм/м. Причем, с увеличением интенсивности испарения и величины влагопотерь скорость протеканий усадочных деформаций и их величина возрастают (рис. 3, табл. 3).

Установлено, что, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении на ранней стадии твердения в условиях жаркого влажного климата в бетоне протекают усадочные деформации. Однако величины усадки в горизонтальном направлении в 3…12 раз больше таковых в вертикальном направлении. Экспериментально установлено, что с уменьшением водоцементного отношения при одинаковой подвижности усадка бетона возрастает. Также увеличивается усадка бетона с повышением подвижности бетонной смеси при одинаковом водоцементном отношении (табл. 3). Указанная зависимость обусловливается увеличением количества цементного теста (цементного камня) в единице объема бетона, уменьшение объема которого в процессе твердения и определяет усадку.

Влагопотери на ранней стадии выдерживания способствуют интенсификации усадочных деформаций бетона в период пребывания его в пластичном состоянии, когда они не приводят к образованию трещин. Однако излишние потери влаги могут привести к обезвоживанию бетона, что отрицательно скажется на гидратации цемента и твердении бетона.

Выдерживание бетона в условиях исключенного массообмена с окружающей средой вызывает уменьшение усадочных деформаций в горизонтальном направлении до 0,19 мм/м, а в вертикальном - до 0,03 мм/м. Однако протекание усадочных деформаций будет продолжаться при последующем твердения и может привести к образованию трещин.

Выдерживание бетона в комбинированных условиях: в течение 4-х часов без укрытия неопалубленных поверхностей, затем с укрытием их полиэтиленовой пленкой не приводит к уменьшению усадочных деформаций по сравнению с твердением в условиях свободного массообмена.

Таблица 3

Горизонтальные деформации бетона, твердевшего в жарком влажном климате при различных условиях массообмена с окружающей средой за 12 часов выдерживания

С целью уменьшения усадочных деформаций при последующем твердении и исключения опасности образования трещин, при одновременном обеспечении достаточного водосодержания для нормальной последующей гидратации цемента и нарастания прочности бетона, целесообразно выдерживать бетон в условиях свободного массообмена с окружающей средой первые 1…2 часа, а затем - в условиях исключенного массообмена. Потери за это время 10…20% воды не оказывают отрицательного влияния на последующее твердение бетона, но существенно снижают опасность формирования неблагоприятного напряженного состояния и возникновения трещин при последующем твердении.

В четвертой главе изучали твердение бетона и нарастание его прочности в зависимости от параметров окружающей среды и условий выдерживания.

Результаты исследований показали, что выдерживание бетона в условиях свободного массообмена с окружающей средой вызывает недобор прочности, который возрастает с увеличением температуры и уменьшением влажности среды и в 28 суточном возрасте может достигать 40% от R₂₈. Недобор прочности обусловливается излишними потерями воды вследствие испарения и недостатком ее для гидратации цемента.

Свободное укрытие неопалубленных поверхностей монолитного бетона влагоизоляционными материалами обеспечит достижение к 28 суточному возрасту марочной прочности.

Комбинированные условия выдерживания (первые 4 часа в условиях свободного массообмена, затем - исключенного массообмена) существенно снижают недобор прочности бетона, который в 28 суточном возрасте составляет около 10% от R₂₈.

Сокращение периода выдерживания в условиях свободного массообмена с окружающей средой до 2-х часов исключает недобор прочности и даже обеспечивает получение в 28 суточном возрасте прочности выше марочной.

Выполненные комплексные исследования позволили определить благоприятные условия начального и последующего выдерживания бетона при переменных температурно-влажностных параметрах окружающей среды в целях уменьшения усадочных деформаций при дальнейшем твердении и исключения опасности образования трещин при одновременном обеспечении достаточного водосодержания для нормальной дальнейшей гидратации цемента и нарастания прочности бетона. Продолжительность первоначального выдерживания в открытом состоянии устанавливается в зависимости от температурно-влажностных параметров окружающей среды и состава бетона и его прекращение обусловливается окончанием периода интенсивной усадки, когда испаряется около 10…20% воды, введенной при затворении, и составляет, как правило 1…2 часа.

Таблица 4. Нарастание прочности бетона в зависимости от длительности последующего ухода при выдерживании в комбинированных условиях (первые 1…2 часа в условиях свободного массообмена с окружающей средой, затем - в условиях исключенного массообмена)

Продолжительность последующего ухода за бетоном (выдерживание в условиях исключенного массообмена с окружающей средой) устанавливается в зависимости от состава бетона, параметров среды и составляет, как правило, от 1 до 2-х суток и должна обеспечить получение к концу этого периода бетоном прочности не менее 40% от R₂₈. После достижения этой прочности возможно окончание ухода за бетоном (табл. 4).

Выявлено влияние снижения подвижности бетонной смеси в процессе транспортирования на прочность бетона. В результате уменьшения удобоукладываемости бетонной смеси за 60 мин транспортирования в автосамосвалах прочность бетона в 28 суточном возрасте уменьшается на 11…46% от R₂₈. Причем, недобор прочности бетонов, выдержанных в укрытом состоянии, составляет 13…18%; выдержанных в открытом состоянии - 39…46%; выдержанных в комбинированных условиях - 11…13%.

При транспортировании смеси в автобетоносмесителах в течение того же времени недобор прочности бетонов, выдержанных в комбинированных условиях, в 28 суточном возрасте, уменьшается до 4…5% от R₂₈.

В пятой главе приводятся разработанные рекомендации по обеспечению требуемой удобоукладываемости бетонной смеси, приготавливаемой и транспортируемой в условиях жаркого влажного климата.

Начальная подвижность бетонной смеси должна корректироваться в зависимости от ее начальной температуры и коэффициента потери подвижности в процессе транспортирования з. В условиях повышенных температур окружающей среды (t_ср > 30⁰С) в целях обеспечения требуемой подвижности бетонной смеси при приготовлении целесообразно снижать температуру бетонной смеси за счет уменьшения температуры компонентов, в том числе, путем замены части воды затворения льдом, и применять эффективные пластифицирующие добавки.

В целях сохранения подвижности бетонной смеси в процессе транспортирования целесообразно сократить до возможного минимума ее продолжительность, предохранять смесь от нагрева в процессе транспортирования, транспортировать смесь в автобетоносмесителях.

Продолжительность транспортирования бетонной смеси может увеличиться при условии снижения начальной температуры смеси, увеличения начальной ее подвижности или за счет применения эффективных пластифицирующих добавок.