Бетонирование при отрицательных температурах: Заливка бетона при минусовой температуре без прогрева: методы и рекомендации

Содержание

Заливка бетона при минусовой температуре без прогрева: методы и рекомендации

При температуре ниже нуля затвердевание бетонного раствора становится проблематичным. Часто с этим сталкиваются при устройстве фундаментов осенью и зимой. Специалисты уверяют, что заливка бетона при минусовой температуре возможна и без прогрева, но для этого выполняются определенные требования, обеспечивающие правильное затвердевание бетонной смеси.

Зимнее бетонирование

Влияние температуры на твердение бетона

Бетон представляет собой смесь из наполнителей – песка и щебня, скрепленных между собой застывшим цементным молочком. При реакции с водой происходит его гидратация, затем он затвердевает с одновременным испарением воды. Критическая прочность при нормальной температуре набирается в течение одних или полутора суток, в зависимости от влажности окружающего воздуха.

Оптимальной для протекания реакции является температура около 20⁰С, раствор набирает расчетную прочность в течение 28 суток. Чтобы в первые дни вода не улетучивалась слишком быстро, бетон покрывают гидроизоляцией.

При 5⁰С застывание состава замедляется в 2 раза, а при нулевой температуре гидратация прекращается. Если до этого критическая прочность бетона набрана, с ним ничего не случится, он наберет прочность после потепления. Если же до замерзания набор критической прочности не произошел, материал не наберет нужных показателей, и будет крошиться после размораживания. В этом случае заливать любую марку бетона при минусовой температуре нельзя.

Методики бетонирования в зимних условиях

Главным условием правильной заливки бетона при отрицательных температурах является сохранение теплоты, достаточной для обеспечения набора прочности. Популярные способы укладки строительных растворов зимой:

  • Предварительный прогрев изготавливаемой смеси;
  • Устройство надежной теплоизоляции и уход за раствором;
  • Электроподогрев залитого в опалубку бетона;
  • Добавка специальных присадок, снижающих температуру замерзания воды и ускоряющих затвердевание.

Таким образом, бетонировать на улице зимой можно без потери показателей прочности, но для этого нужно придерживаться выбранных методик. По затратам использование тепловых пушек является самым нерентабельным вариантом, наиболее дешевой методикой является добавка присадок. Электроподогрев и устройство теплоизоляции представляют собой промежуточные варианты.

Повышение температуры в процессе замеса

Чтобы залить бетон в минусовую температуру, компоненты подогревают. Наполнители нагреваются до 55-60⁰С, а воду подают в раствор при 90⁰С. Цемент перед добавлением разогревается до комнатных температур, иначе он теряет скрепляющие свойства. Перед укладкой температура раствора не должна быть ниже 35⁰С.

При перемешивании требуется использовать бетономешалку, в которую подается сначала нагретая вода, затем наполнители, и только потом цемент. При заливке такой смеси, тепловой энергии монолита хватает, чтобы набрать критическую прочность, с учетом того, что при гидратации цемента выделяется дополнительное тепло.

Подогрев и утепление раствора

При очень низких температурах нагретая смесь требует дополнительного утепления или подогрева. Экономически более целесообразно утепление, при помощи недорогих теплоизолирующих материалов, не требующих дополнительных источников энергии. На бетонированной поверхности выстилают сено или солому, используют старые тряпки, торф, пленку или теплоизолирующие покрывала. Иногда устраиваются так называемые «тепляки» схожие с теплицами.

Утепление бетона

Если бетонировать при температурах ниже -5⁰С, потребуется дополнительный подогрев. Для этого используются следующие технологии:

  • Обогрев тепловыми пушками или печами под тепляками. Это затратный метод, требующий постоянного дополнительного увлажнения. Подходит для площадок, к которым не проведено электричество.
  • Применение термоматов, работающих от электричества. Они выкладываются на поверхность залитого бетона и подключаются к источнику тока. Требуют большой объем электроэнергии.
    Инфракрасные излучатели устанавливаются над залитой поверхностью или вокруг опалубки, интенсивность и направление нагрева регулируется отражателями. Подходит для вертикальных и малодоступных конструкций.
  • Для прогрева бетонированной площади применяют специальные кабеля или электроды, по которым пропускают электрический ток. Методика удобна при использовании, но требует больших объемов электроэнергии. Установка системы электродов требует больше затрат, поскольку при высыхании сопротивление раствора, который сам является проводником, возрастает.

Введение добавок

Улучшение характеристик раствора специальными присадками, это самый удобный и экономный метод заливки раствора зимой. Применяя его совместно с обогревом, можно ускорить выполнение работ и повысить качество бетона. Различают два основных типа присадок для заливки бетоного раствора зимой:

  1. Составы, уменьшающие температуру замерзания воды. Раствор застывает довольно долго, но вода не кристаллизуется, поэтому качество бетона не страдает. Для ускорения реакции требуют теплоизоляции. В этом качестве используют соли кальция или натрия и поташ, которые препятствуют кристаллизации воды.
  2. Добавки, увеличивающие скорость затвердевания раствора. Сокращают время, необходимо для набирания бетоном критичной прочности, поэтому вода в прогретой смеси не успевает кристаллизоваться. Применяется нитрит-нитрат кальция, тот же поташ, соли кальция в смеси с мочевиной.

Количество присадок зависит от температурного диапазона, в котором будет производиться заливка бетонной конструкции. От -5 до -10⁰С добавляют до 5-8% от массы цемента. Со снижением температуры до -15⁰С концентрацию увеличивают до 10% по массе от добавленного цемента, а до -25⁰С нужно добавлять не менее 15% добавок.

Общие рекомендации при заливке

Чтобы достигнуть максимальной прочности, нужно знать, при какой температуре заливать бетон, и оптимальные методики обеспечения твердения. Кроме того, требуется правильная подготовка опалубки. Перед заливкой раствора, необходимо тщательно очистить ее от наледи. Грунт и арматуру нужно прогреть, для чего применяются жаровни, тепловые пушки, инфракрасные излучатели и другие устройства. Именно поэтому делать плитные фундаменты в низком температурном диапазоне не рекомендуется, поскольку сложно полностью обогреть все элементы на большой площади.

Работа с ленточным фундаментом в такую погоду вполне возможна. Для этого нужно прогревать траншею постепенно, заливая в нее бетон. После заливки обязательный этап – качественная термоизоляция. Процесс продолжается до тех пор, пока периметр не замкнется. С применением добавок в бетонный раствор и качественной изоляцией ленточный фундамент можно заливать при температуре до -15⁰С.

При работе по укладке бетона, независимо от типа конструкции, нужна непрерывность выполнения работ до полной заливки монолита. Для успешного выполнения работ необходимо рассчитать обеспечить поставку нужного количества раствора и оптимальное число работников.

Заливка частями может привести к неравномерности свойств конструкции и снижению ее качества.

Перед тем, как заливать раствор в опалубку, необходимо убедиться, что его температура оптимальна – в районе 38⁰С. Если она превысит 40 градусов, то скорость затвердевания снизится за счет снижения качества цемента. В результате, для того, чтобы набралась критическая прочность, потребуется слишком много времени, жидкость в растворе рискует замерзнуть, и бетон потеряет свои свойства.

Отвечая на вопрос, возможна ли заливка бетона зимой, можно утверждать – однозначно да. При правильном технологическом подходе эти работы можно проводить при самых низких температурах. Укладка без дополнительного прогрева может производиться при небольших морозах, для этого потребуется хорошая термоизоляция и предварительный нагрев бетонного раствора.

При низких температурах требуется дополнительный прогрев массы бетона. Он осуществляется различными методами, выбирать которые нужно непосредственно на строительной площадке. Затраты на обогрев и теплоизоляцию окупаются, поскольку некондиционный бетон снизит качество всей конструкции.

При какой температуре можно заливать бетон на улице?

Вопрос о том, при какой температуре можно заливать бетон, очень важен, так как от него во многом зависят не только технические и эксплуатационные характеристики застывшего монолита, но и вообще вероятность прохождения процесса застывания. Залитый при неверной температуре или замерзший при твердении бетон может покрываться трещинами, демонстрировать меньшие показатели прочности и стойкости в сравнении с нормативными, становиться причиной деформации или полного разрушения конструкции, здания.

Для набора бетоном проектной прочности и гарантии длительного срока службы очень важно соблюдение температурного режима как в момент заливки, так и на протяжении всего времени твердения (28 суток). Оптимальной считается температура воздуха в районе +20 градусов. Но далеко не всегда на строительной площадке удается соблюсти это условие.

Довольно часто появляется необходимость лить бетон при отрицательной температуре или в процессе выполнения работ неожиданно портится погода. В таких случаях используются разные методы прогрева бетона, в состав смеси вводят противоморозные добавки, утепляют конструкцию непосредственно на площадке и т.д. Прежде, чем использовать любой этот способ прогрева, необходимо тщательно изучить его особенности и условия реализации.

заливка бетона при минусовой температуре

заливка бетона при минусовой температуре

Процесс набора прочности бетонных конструкций

Чтобы определить, до какой температуры можно заливать бетон, необходимо сначала хотя бы поверхностно рассмотреть особенности процесса набора прочности монолитом. Реакция начинает протекать между цементом/водой в момент затворения. В первые часы бетон еще текучий и с ним можно работать, но уже по прошествии нескольких часов он начинает застывать, становиться сначала более густым, а потом и вовсе твердым.

Процесс взаимодействия воды и цемента называется гидратацией. Гидратация проходит в два этапа: сначала смесь схватывается, потом твердеет. В схватывании задействованы алюминаты, появляются иглообразные кристаллы, связанные между собой. Через 6-10 часов эти кристаллы становятся своеобразным каркасом, скелетом. Бетон начинает твердеть.

основные характеристики бетона

основные характеристики бетона

Весь процесс схватывания может занимать от 20 минут до 20 часов, что напрямую зависит от температуры окружающего воздуха. Дольше всего процесс проходит в холодное время года – когда на улице около 0, схватываться бетон начинает через 6-10 часов, длится этап 15-20 часов.

В процессе твердения в реакцию с находящейся в растворе водой вступают клинкерные минералы, постепенно формируется силикатная структура. Реакция провоцирует появление мелких кристаллов, они объединяются в уникальную мелкопористую структуру. Это и есть бетон, который на протяжении 28 суток уже набирает марочную прочность и стойкость, не меняя формы и структуры.

температура твердения бетона

температура твердения бетона

Оптимальное значение температуры для стадии твердения также равно +20 градусам, влажность – до 100%.

Отклонения от параметров существенно влияют на прочность: полное созревание монолита длится несколько лет (но набор проектной прочности должен быть завершен через 28 суток после заливки), скорость твердения меняется со временем.

Влияние отрицательной температуры на твердение бетона

Как уже было указано выше, скорость гидратации очень сильно зависит о температуры окружающей среды. Так, при снижении с +20 до +5 градусов твердение проходит медленнее в среднем в 5 раз. Дальше чем ниже температура, тем медленнее проходит реакция. При достижении минусовой температуры гидратация и вовсе прекращается (вода просто замерзает).

В момент замерзания вода имеет свойство расширяться, что становится причиной повышения давления внутри бетонного раствора и разрушения уже сформировавшихся связей кристаллов. Структура бетона разрушается и в дальнейшем восстановиться уже не может. Кроме того, появившийся в смеси лед может обволакивать крупные наполнители, разрушая сцепление с цементом. Все это существенно ухудшает монолитность конструкции и понижает прочность.

Когда вода оттаивает, твердение продолжается, но структура бетона уже деформирована. Могут появляться отслоения, деформации, трещины, наблюдаться отделение крупных наполнителей и арматуры от монолита. Чем на более ранней стадии свежезалитый бетон замерз, тем меньшим будет показатель прочности.

покрытие бетона трещинами из-за мороза

покрытие бетона трещинами из-за мороза В каких условиях нельзя заливать бетон:

  • Когда температура окружающей среды находится на отметке +5 С и ниже, а никаких мероприятий по прогреву или повышению морозостойкости бетона осуществляться не планируется.
  • В межсезонье – когда температура нестабильна, отмечены сильные скачки как отметок на термометре, так и влажности.
  • Если термометр показывает температуру +25 градусов и выше, а влажность воздуха ниже 50%. В такое время лучше использовать специальные цементы или не проводить работы, так как процесс гидратации будет происходит очень быстро: вода испарится, а бетон не успеет набрать прочность, вследствие чего нередко появляются трещины, деформации, отслоения и т.д.

набор прочности бетона при разной температуре

набор прочности бетона при разной температуре

  • Заливка бетона при минусовой температуре без прогрева в течение минимум 3 дней до отметки в +10-30 градусов.
  • Когда уже приготовлен бетон со специальными присадками, а за окном внезапно наступила оттепель или влажность воздуха стала выше 60%, начался дождь и т.д.
  • В случае неумения определить оптимальный режим прогрева, настроить приборы, контролировать бетон в мороз. Ведь для бетона одинаково страшны как мороз, так и перегрев.

При какой оптимальной температуре можно заливать бетон:

  1. От +5 до +20 градусов – нормальные условия для заливки бетона, приготовленного по стандартному рецепту.
  2. От нуля до +5 градусов – исключительно с использованием специальных добавок.
  3. От 0 до -20 градусов – со специальными добавками и прогревом.
  4. Идеальные условия – температура бетона +30 и воздуха +20, влажность до 100%.

как заливать бетон зимой

как заливать бетон зимой

Бетонирование зимой

Использовать бетон в мороз может понадобиться в самых разных случаях – когда невыгодно останавливать строительство на целый сезон, в случае выполнения экстренных работ и т.д. С учетом губительного воздействия минусовой температуры на материал и его технические характеристики, бетон нужно прогревать. В случае, когда температура внутри раствора выше температуры снаружи, могут появляться деформации.

Прогрев бетона осуществляется до момента набора критического показателя прочности. Если таковых данных нет в проектной документации, то значение принимают в 70% от проектной прочности. Когда есть требования со значениями водонепроницаемости/морозостойкости, то критическая прочность составляет 85% от проектной.

Основные методы прогрева бетона для заливки при минусе:

  • Прогрев самих компонентов для приготовления смеси.
  • Использование эффекта термоса.
  • Осуществление электронагрева.
  • Применение паропрогрева.

прогрев бетона зимой

прогрев бетона зимой

Таким образом, вопроса о том, при какой минимальной температуре можно заливать бетон, нет вообще. Задача заключается в том, чтобы в соответствии с условиями работ оптимально подготовить смесь и объект для сохранения технических свойств материала и основных требований по прочности, надежности, долговечности.

Самый простой и дешевый вариант – прогрев всех компонентов, использующихся для приготовления бетона. Их греют для того, чтобы в момент заливки бетон имел минимум +35-40 градусов.

Греют все материалы, кроме цемента: щебень/песок до +60, воду до +90, цемент просто на время оставляют в теплом помещении (чтобы был комнатной температуры). Потом смешивают все компоненты и выполняют заливку.

Метод термоса

Этот вариант актуален в случае заливки массивных конструкций. Дополнительного прогрева не предусматривается, но укладываемая смесь должна демонстрировать температуру в +10 градусов как минимум (лучше больше). Данный метод заключается в том, чтобы залитая смесь в процессе остывания успела приобрести критическую прочность.

Принцип работы этого метода заключается в том, чтобы бетон вступил в реакцию и начался процесс затвердевания, который является экзотермическим (то есть, сопровождается выделением тепла). Таким образом, бетоном будет выполняться самоподогрев. Если исключить теплопотери, бетон может прогреться до +70 и выше.

Опалубку надежно защищают теплоизолирующими материалами, устраняя теплопотери бетона, находящегося в процессе затвердевания. Вода не замерзает, бетонный монолит постепенно набирает прочность без разрушения внутренней структуры. Такой вариант используют для заливки фундаментов зимой, он считается наиболее простым и экономичным, так как не требует использования какого-либо оборудования.

обогрев бетона зимой при минусе

обогрев бетона зимой при минусе

Электронагрев бетонной смеси

Задумываясь о том, при каких температурах можно заливать бетон, многие рассматривают в качестве выхода из ситуации электропрогрев. Осуществляться прогрев может с использованием нескольких способов: с применением электродов, метода индукции и с различными электронагревательными устройствами.

Нагрев электродами осуществляется так:

  • В свежезалитую смесь вводят электроды.
  • Потом на электроды подают ток.
  • В процессе прохождения тока по электродам они нагреваются, передают тепло бетону.

Ток должен быть переменным, так как постоянный станет причиной прохождения процесса электролиза, который сопровождается выделением газа. Газ экранирует поверхность всех электродов, значительно возрастает сопротивление тока, в результате чего нагрев заметно снижается. В случае, если в бетоне уложена арматура, она может использоваться в качестве электрода.

прогрев бетона проводом

прогрев бетона проводом

Чтобы данный способ сработал, необходимо сделать так, чтобы бетон прогревался равномерно и максимум до +60 градусов. Расход электроэнергии в таких случаях обычно не превышает 80-100 кВт*ч на кубический метр бетонного раствора.

Индукционный нагрев применяется достаточно редко, так как его реализация предполагает ряд сложностей. Данный тип прогрева бетонной смеси работает на принципе бесконтактного нагрева высокочастотными токами электропроводящих материалов. Так, вокруг стальной арматуры мотают изолированный провод, а через него пропускают ток. Таким образом появляется индукция, арматура нагревается и греет бетон. Расход электроэнергии составляет обычно 120-150 кВт*ч на кубический метр бетона.

Применение электронагревательных приборов предполагает использование самых разных средств для уменьшения негативного воздействия мороза на процесс гидратации смеси. Это могут быть греющие маты, к примеру, которые раскладывают на бетон и затем подключаются к сети. Можно сделать над залитым монолитом что-то типа палатки, установить внутри тепловую пушку и греть.

Тут важно обеспечить удержание влаги в бетоне, чтобы он, в процессе прогрева, не пересох, что также негативно влияет на качество и прочность, как и холод (при замерзании). Расход электроэнергии (при условии, что температура окружающего воздуха составляет около -20 градусов) составляет 100-120 кВт*ч на кубический метр.

прогрев бетона в отрицательные температуры

прогрев бетона в отрицательные температуры

Паропрогрев бетона в зимнее время

Когда температура окружающей среды на нуле или ниже, есть смысл задуматься о прогреве бетона паром. Данный метод особенно эффективен для тонкостенных конструкций. В опалубке с внутренней стороны делают каналы, через них пускают пар. Иногда делают двойную опалубку, а пар пропускают между двумя стенками.  Можно смонтировать трубы внутри бетона, а затем по ним пускать пар.

С использованием данного метода можно прогреть бетон до +50-80 градусов. Столь высокая температура и оптимальная влажность ускоряют в несколько раз процесс твердения. Так, за 2 суток при паропрогреве бетон набирает прочность, аналогичную твердению в течение недели в нормальных условиях.

Единственный недостаток данного метода – существенные затраты времени, финансов и усилий для его реализации.

как заливать зимой бетон

как заливать зимой бетон

Использование присадок при морозе

Сегодня очень распространено использование противоморозных добавок и особых химических ускорителей твердения бетона. Чаще всего в качестве этих добавок выступают нитрит натрия, хлористые соли, карбонат кальция и другие. Добавки существенно понижают температуру замерзания воды, активизируют гидратацию цемента (таким образом повышается температура застывания бетона).

Благодаря введению в состав смеси добавок можно избежать необходимости прогрева. Некоторые добавки способны повысить стойкость бетона к морозу настолько, что вопрос о том, можно ли заливать бетон при минусе, не стоит вообще: гидратация проходит даже при окружающей температуре -20 градусов.

противоморозные добавки в бетон

противоморозные добавки в бетон

Но, несмотря на все преимущества, присадки обладают и некоторыми недостатками.

О чем нужно помнить, вводя в бетон присадки:

  • Они пагубно влияют на арматуру – может начаться процесс коррозии, поэтому актуально вводить добавки лишь в неармированный бетон.
  • Добавки позволяют бетону набрать прочность, равную максимум 30% от проектной, а потом при оттаивании смеси (при плюсовой температуре) процесс набора прочности продолжается. В связи с этим, по СНиП, добавки нельзя вводить в бетон, работающий в условиях динамических нагрузок (молоты, вибростанки и т.д.).

Основные виды противоморозных добавок:

  1. Сульфаты – активно выделяют тепло, сопровождая процесс гидратации. Прочно связываются с труднорастворимыми соединениями, для снижения температуры замерзания смеси их использовать нельзя.
  2. Антифриз – уменьшает температуру кристаллизации жидкости, увеличивает скорость схватывания раствора, на скорость формирования структур не влияет.
  3. Ускорители – повышают растворимость силикатных компонентов цемента, они реагируют с продуктами гидратации, создают основные и двойные соли, которые понижают температуру замерзания жидкости в растворе.

добавки для бетонирования на морозе

добавки для бетонирования на морозе Наиболее распространенные противоморозные добавки:

  • Карбонат кальция (поташ) – кристаллическое вещество, противоморозный компонент, который ускоряет схватывание и затвердевание. Понижает прочность бетонного монолита на 20-30%, поэтому его обычно сочетают с сульфидно-дрожжевой бражкой (тетраборатом натрия) в концентрации максимум 30%.
  • Тетраборат натрия (сульфатно-дрожжевая бражка) – смесь солей кальция, натрия, аммония либо лигносульфоновых кислот. Добавка используется в виде примеси к поташу, не дает бетону терять прочность.
  • Нитрит натрия – кристаллический порошок, ядовитое пожароопасное вещество, применяется при возведении многоэтажных зданий, легко растворяется, не разрушает арматуру, повышает скорость застывания в 1.5 раза.
  • Формиат кальция или натрия – используется с пластификаторами в объеме не более 2-6% от массы раствора. Добавляется в процессе замеса.
  • Аммиачная вода – раствор аммиака в концентрации 10-12%, не провоцирует корродирования металла, не дает высолов.

Бетонирование в условиях сухого жаркого климата

Бетон не любит не только мороза, но и жары. Когда температура воздуха повышается до +35 и выше, а влажность находится на уровне 50%, вода испаряется слишком быстро, что провоцирует нарушение водоцементного баланса. Гидратация замедляется либо прекращается вовсе, в связи с чем бетон нужно защищать от слишком быстрой потери влаги.

Для понижения температуры смеси используют охлажденную (либо разбавленную льдом) воду. Так устраняют быстрое испарение воды в процессе укладки смеси. Через определенное время смесь нагревается, поэтому важно обеспечить герметичность опалубки (чтобы вода не испарялась через щели). Опалубка также может впитывать влагу, в связи с чем для ограничения адгезии бетона и материала конструкции до заливки ее обрабатывают специальными составами.

прогрев бетона матами

прогрев бетона матами

Твердеющий бетон защищают от прямых ультрафиолетовых лучей – поверхность укрывают брезентом (мешковиной), каждые 3-4 часа осуществляют смачивание поверхности. Увлажнение может понадобиться все 28 суток набора прочности монолитом.

Часто для защиты бетона от жары используют такой метод: над поверхностью создают воздухонепроницаемый колпак из ПВХ пленки толщиной минимум 0.2 миллиметра.

Приготовленный по рецепту бетон способен схватиться, затвердеть и приобрести все проектные характеристики при окружающей температуре +20 градусов и влажности около 100%. В случае проведения работ на морозе или жаре необходимо позаботиться о мерах прогрева или охлаждения, которые будут гарантировать прочность и долговечность готовой конструкции.

Бетонирование при отрицательных температурах

Проектная прочность изделия из бетонной смеси достигается при соблюдении режима заливки. Для бетонных работ при отрицательных температурах воздуха разработаны специальные рекомендации, соблюдение которых исключит отрицательные последствия эксплуатации готовой конструкции.

бетонирование при отрицательных температурах

бетонирование при отрицательных температурах

Влияние температуры на твердение бетона

После добавления воды в песчано-цементную смесь компоненты взаимодействуют между собой. Гидратация с образованием алюминатов происходит на начальной стадии. В результате образуются кристаллы, которые спустя 6-10 часов приобретают каркасную структуру. На стадии твердения состава в реакцию с водой вступают клинкерные компоненты, которые формируют силикатную структуру из мелких кристаллов.

Укладка бетона при низких температурах требует учета скорости застывания состава. При +17ºC процесс замедляется, а +5,2ºC — прекращается, а 0ºC — образуется лед.

Физический процесс образования льда приводит к разрыхлению внутренней структуры бетона, потере плотности. Целостность заливки поддерживается визуально за счет смерзшейся влаги. Если до этого момента набрана критическая прочность бетона, то после потепления он достигнет проектного показателя.

Для нормального протекания реакции требуется поддержание температурного режима около +20ºC в течение 28 суток. Предотвратить интенсивное испарение воды после укладки можно с помощью гидроизоляционного слоя. Для каждой марки бетонной смеси установлены допустимые пределы.

заливка бетона при минусовых температурах

заливка бетона при минусовых температурах

Методики бетонирования в зимних условиях

После заливки бетона при низком температурном градиенте рекомендуется принять комплекс эффективных мер, препятствующих замерзанию воды.

Для этого используют:

  • электрический подогрев уложенной смеси;
  • утепление опалубки;
  • холодное бетонирование без прогрева с использованием химических присадок;
  • изготовление состава из заранее подогретых компонентов.

Каждый способ характеризуется преимуществами, имеет рациональное применение, которое определяется наличием энергоресурсов, объемом возводимой конструкции. Определяющим фактором бетонирования при отрицательных температурах являются климатические условия.

Повышение температуры в процессе замеса

Укладывать подогретый бетон при отрицательных температурах можно с соблюдением технологии укладки. Она предусматривает заливку нагретого состава в утепленную опалубку. Этот тип бетонирования требует правильного выбора марки цемента.

Замес, в который вводятся наполнители, прогретые потоком горячего воздуха, доводят до температуры не ниже +85ºC. Технология приготовления предусматривает соблюдение алгоритма действий, которые обеспечат качество заливки.

Чтобы бетон набрал проектную прочность, следует сохранять температурный режим. Для этого залитый раствор накрывают матами, пленкой. Эффективным способом длительного сохранения тепла является использование опалубки из прессованного пенополистирола. Экструзионный материал после застывания не снимают, он становится частью конструкции и дополнительной теплоизоляцией.

Подогрев и утепление раствора

Создать условия для кристаллизации бетона при отрицательной температуре внешней среды помогает электрический ток. Уложенный раствор греют с использованием специальных металлических пластин или стержней, погруженных в смесь. Техническими нормами предусмотрены периферийные и сквозные способы электрического нагрева. По окончании нагрева электроды становятся частью конструкции.

Вода, находящаяся в бетоне, замыкает цепь, и за счет сопротивления энергия преобразуется в тепло. При подогреве этим способом рассчитывают, сколько времени потребуется для достижения критической прочности состава. Методика ускоряет кристаллизацию бетона, применяется для конструкций без армирования.

В частном строительстве рекомендуется прокладка по внутренней стороне опалубки согревающих кабелей. Периферийный нагрев осуществляется с помощью греющей опалубки. Одновременно устанавливают термоизоляционный слой для сохранения тепла.

Минусом пассивного нагрева является высокая вероятность пересушить бетон. Подогрев бетонной массы требует круглосуточного контроля, чтобы исключить повышение температуры свыше +30ºC. Применение греющих технологий требует расчетов.

как заливать бетон на морозе

как заливать бетон на морозе

В зимнем строительстве применяются греющие инфракрасные маты. Они состоят из водоустойчивой оболочки, нагревательного элемента и изоляционного слоя. Согревающие маты равномерно распределяют температурное поле внутри конструкции и на расстоянии до 19,5 см. Их можно применять при заливке бетона зимой с внешней температурой до -20ºC.

Благоприятные условия для набора проектной прочности состава создают путем постройки временных тепляков. Такая конструкция состоит из прочного каркаса, обшитого фанерой или обтянутого пленкой.

Внутреннее пространство нагревается с помощью калориферов, портативных горелок, инфракрасных приборов. Микроклимат в сооружении следует постоянно контролировать. Разогретые воздушные потоки интенсивно забирают влагу из раствора, поэтому поверхность периодически увлажняют теплой водой и накрывают полиэтиленовой пленкой.

методы заливки бетона на морозе

методы заливки бетона на морозе

Введение добавок

Бетонирование при отрицательных температурах может выполняться без подогрева. Для лучшего застывания в состав смеси вводятся добавки. Этот метод сочетается с внешней и внутренней тепловой обработкой.

Насыщение раствора химическими присадками сочетают с сооружением теплоизоляционной оболочки на выступающих частях конструкции.

В состав бетонных смесей, заливаемых при низкой температуре, добавляют вещества, которые обладают такими свойствами:

  • понижают точку замерзания;
  • ускоряют твердение.

Соединения составляют 2-10% массы цементного порошка. Количество добавок рассчитывают с учетом ожидаемой температуры кристаллизации бетонной смеси. Применение химических соединений позволяет бетонировать при температуре до -25ºC.

Этот способ применяется при появлении одиночных заморозков, если отсутствуют альтернативные варианты.

добавки для бетонирования на морозе

добавки для бетонирования на морозе Для зимнего бетонирования используют:

  • углекислый калий;
  • нитрит натрия;
  • формиат натрия;
  • хлористый натрий;
  • хлорид кальция.

При отрицательных температурах внешней среды в бетон вводят присадки, снижающие расход воды. Это регулирует образование льда в твердеющих составах, сохраняет условия, необходимые для гидратации. В присутствии добавок вода не замерзает и взаимодействует с цементом.

Смеси приготовляются с соблюдением технологии. Сначала присадка перемешивается с частью воды, а затем вводятся цемент и вода с добавками. Для каждой добавки существуют нормы расхода, установленные экспериментально.

При недостаточном количестве присадки бетон может замерзнуть, а при избытке замедляется твердение, и повышается стоимость. Бетон, залитый с применением методики холодной укладки, обладает сниженным параметром морозостойкости, водопроницаемости, склонен к усадке.

работа с бетоном на морозе минусе

работа с бетоном на морозе минусе

Общие рекомендации при заливке

Бетонные работы своими руками рекомендуется выполнять при благоприятных условиях. Перед тем как залить бетон при минусовой температуре, следует ознакомиться с метеорологическим прогнозом. Комплекс мероприятий следует начинать при +9,5ºC при условии отсутствия понижения в ближайшие 27 суток.

Разработанные технологии позволяют бетонировать при отрицательных температурах, но это влечет дополнительные финансовые затраты. Качественная заливка требует учета рекомендаций специалистов.

Опалубку следует очистить от наледи и утеплить, а укладку смеси проводить с непрерывной подачей. Перед приготовлением состава следует прогреть щебень и песок. Оптимальная температура приготовленной массы не должна превышать +39,5…+42ºC.

Металлический каркас котлована прогревается, а готовые части бетонной конструкции закрываются слоем изоляции. В процессе формирования критической прочности рекомендуется поддерживать температурный режим во внешней и внутренней частях.

Можно ли при минусовой температуре заливать бетон: технология процесса

Содержание статьи:

Бетон замедляет схватывание при пониженных температурах немного выше нуля, а отрицательные значения разрушают структуру искусственного камня. Заливка бетона зимой ведет к тому, что вода не успевает прореагировать с цементом, замерзает и увеличивает свой объем. Возникающие внутри напряжения разрушают бетон, который не набрал прочности. С приходом тепла вода размораживается и схватывание продолжается. Но в теле материала присутствуют разрушенные структуры, уменьшающие несущую способность.

Особенности заливки бетона при минусовой температуре

При минусовых температурах необходимо ускорить время застывания и набора прочности бетона

Нужна оптимальная обстановка для твердения бетона, если воздух не прогрелся больше +5°С, или значения уменьшены до отрицательных значений. Создаются влажностно-температурные условия для снижения времени застывания и набора прочности в ранние сроки.

Методы ускорения:

  • обогрев за счет внутреннего тепла бетонной массы;
  • подача тепла на конструкцию извне.

Первый метод применяется для быстротвердеющих разновидностей, высокопрочных смесей, тонкомолотых разновидностей цемента. В этой группе находятся вяжущие с низкой степенью потребления жидкости. Бетонирование при отрицательных температурах ведется с добавками пластификаторов для снижения объема требуемой воды, а химические противоморозные присадки форсируют схватывание.

Температура внутри изделия зависит от количества энергии, которая продуцируется при экзотермичном процессе присоединения водяных молекул. Такой энергии бывает недостаточно для получения прочности переломного уровня, а в условиях мороза этой степени нельзя достичь без дополнительных мероприятий.

Температурные условия набора прочности:

  • массивные сооружения — не меньше +5°С;
  • тонкостенные конструкции — не меньше +20°С.

Иногда достаточное количество энергии удается подать извне к изделию при отрицательных показателях. Внутренний резерв тепла в бетоне повышают подогревом заполнителей и жидкости. Для этого соблюдается определенная технология приготовления раствора на стройплощадке, требующая дополнительных затрат труда и энергоносителей.

Что нужно учитывать при укладке бетона зимой

Компоненты бетона во время приготовления смеси защищаются от снеговых заносов, обледенения и промерзания. Вяжущие составляющие хранят в закрытых контейнерах или мешках из влагостойкого материала. На заводах компоненты, заполнители и воду подогревают для распределения по автомобильным миксерам. Раствор готовится в отапливаемом помещении, поэтому на выходе получается масса требуемой температуры.

Песок и щебень греют регистрами в виде теплообменников, через тело которых проходит пар или вода, разогретая до +90°С. Жидкость получает температуру в водонагревателях, оттуда она подается в расходные емкости. Баки ставят недалеко от места приготовления и снабжают приспособлением для дозированного слива.

Температура массы может повышаться, если смесь готовится в электрических смесителях, внутри которых предусмотрен подогрев паром. Перевозится смесь в автомобильных миксерах с подогревом, применяются утепленные емкости.

Заливка бетона при минусовой температуре выполняется в автосамосвалы, где температура кузова повышается за счет отработанных газов при выхлопе. Автокузов закрывают теплоизолированными щитами, колпаками из дерева или брезентом. Смесь довозится до места без дополнительных перегрузок в пути, чтобы не уменьшить количество внутренней энергии.

Шланги и бетоноводы прогревают перед подачей в опалубку, а по окончании работы очищают скребками. Вымывать водой не разрешается, чтобы не появился лед внутри трубы.

Использование добавок при заливке бетона

Бетонная смесь прекращает схватывание после замерзания жидкости при отрицательных градусах. Преобразование воды в лед замедляется при включении солей в ее состав. Твердение продолжается при температуре 0°С и ниже, если добавить химические элементы.

Противоморозные компоненты:

  • нитрит натрия;
  • хлорид натрия + хлорид кальция;
  • нитрит натрия + хлорид кальция;
  • мочевина + нитрат кальция;
  • нитрат-нитрит кальция + мочевина;
  • хлорид кальция +мочевина;
  • поташ.

Присадки выбираются в зависимости от конструкции, количества арматуры, присутствия вихревых токов, окружающей погоды. Противоморозные компоненты нельзя добавлять при заливке конструкций с напряженной арматурой, упрочненным термически металлом. Модификаторы не применяют при бетонировании сооружений, где впоследствии будет электрификация и появятся вихревые индукционные токи.

Противоморозные добавки замедляют достижение прочности по сравнению со временем схватывания в нормальной среде и без присадок. Поташ приводит к тому, что при -50°С бетон прочнеет только на 75% за 28 суток, тогда как при обычных обстоятельствах смесь бы набрала 100% прочности.

Учитывают действие дополнительных компонентов на механические и технологические свойства раствора, например, пластичность, удобоукладываемость. Бетоны с мочевиной нельзя греть выше +40°С, т. к. добавка разрушается. Хлористые соли создают на поверхности белесоватый налет, который ухудшает внешний вид конструкции. Бетонная смесь не должна содержать нерастворенные солевые частицы.

Технология электропроргева бетона

Для заливки бетона зимой используется большая мощность — свыше 1 тыс. кВт для нагревания 4 – 5 м³ бетона. В виде нагревательных электродов применяется арматура, металлические пластины, полосы, струны, подогрев ведется периферическим и сквозным методом.

Электроды подают электроток, выделяется тепло, которое расходуется на повышение температуры оболочки и бетонной массы и возмещает потери энергии в окружающее помещение. Нагрев бетона определяется объемом продуцируемой энергии, режим выбирается в зависимости от потерь тепла на морозе.

Согревающая опалубка передает тепло от своей площади путем теплопередачи, применяются элементы:

  • пластины из слюды;
  • кабели;
  • ТЭНы;
  • углеграфитовая ткань;
  • нагревательные сетки.

Оптимален этот метод для фундаментов (СНиП 303.01 – 1987) и оснований под установку оборудования, применяется для колонн, ригелей, монолитных участков перекрытий.

Инфракрасный обогрев представляет собой повышение температуры бетона от излучателей соответствующих волн, направленных на поверхность железобетонного изделия.

Используется для следующих работ:

  • отогревание замерзших грунтов и бетонов, опалубки, арматуры;
  • сокращение времени схватывания в скользящих опалубках;
  • получение тепловой завесы в местах, недоступных для электрического обогрева.

Схема фазировки определяет способ токообмена в конструкции. Если противолежащие электроды подсоединяются разным полюсам, ток проходит по всей бетонной массе. Если к разным полюсам присоединяют соседние пластины, ток нагревает края бетона, а внутренний слой греется за счет начального содержания тепла.

Теплоизоляция бетона

Способ относится к безобогревным методам повышения энергии. Прием термоса используется при отрицательной температуре воздуха вплоть до -15°С. Бетон подогревается до +50 – +70°С, прочность повышается до критических значений в кратчайший период. Эффективно работает на больших конструкциях, результативность зависит от разновидности вяжущего компонента, начальной температуры и искусственных добавок.

Различают методы выдерживания смеси:

  • термос;
  • термос с использованием ускорителей схватывания массы;
  • термос с употреблением комбинированных веществ, которые одновременно форсируют твердение и улучшают пластичность.

Теплоизоляция является экономичным вариантом заливки бетона при минусовой температуре. Используется энергия, получаемая при твердении смеси, которая сохраняется внутри массы за счет теплой опалубки. Масса набирает мощность в расчетные сроки, несмотря на холодное время года.

Термос используется, чтобы залить раствор в любые конструкции, а также в случае высоких требований к качеству бетона по водопроницаемости, морозостойкости. Утепленное выдерживание смеси исключает появление напряжений в массе и возникновение трещин. Выбор параметров утепления зависит от массивности сооружения, погодных условий, ветра, активности вяжущего компонента.

Внутренний и внешний обогрев бетона

Температура раствора без антиморозных модификаторов не должна быть ниже +5°С, а присадки увеличивают рабочий диапазон до -10°С. Забетонированные конструкции можно нагружать и выполнять дальнейшие работы только после набора 100% прочности на сжатие.

Подогретую бетонную массу зимой перемешивают на 25% времени больше по сравнению с приготовлением в тепле. Основание для укладки подогревают, если есть опасность замерзания от контакта со старым бетоном или металлическими закладными деталями. Вибрация бетона для выгонки пузырей осуществляется дольше на 25% времени.

Внешнее утепление организуют с помощью облегченных материалов опалубки, например, панелей стен из трех слоев, наружная часть которых сделана из асбестоцемента, металла, фанеры, а внутренний пласт представлен пенополиуретаном.

Внутренний подогрев использует энергию от распределительного шкафа, которая идет по кабелям. Инфракрасное облучение предполагает полную автоматизацию с периодическим включением и выключением аппарата по заданной программе.

способы прогрева, температура и др. хитрости

При проведении различных строительных работ важно придерживаться выбранного графика. Предварительное планирование осуществляется с учетом технологической последовательности мероприятий. В некоторых случаях особое внимание должно уделяться температурному режиму – например, при использовании бетона. Идеальным решением является выбор времени года, когда климатические условия лучше всего подходят для таких действий. Если заливка бетона все же проводится зимой, применяются различные способы нагрева и модификаторы.

Зачем обогревать бетон

Необходимость прогревать бетон при отрицательных температурах определяется свойствами веществ, входящих в него:

  • цемент;
  • вода;
  • песок;
  • наполнители.

Схватывание материала и дальнейший набор прочности определяется химическим процессом гидратации цемента водой. Под действием воды происходит образование клинкерных связей внутри цемента, они при дальнейшем застывании формируют твердый и прочный фундамент. При понижении температуры вода кристаллизуется с образованием льда. Реакция с цементом сильно замедляется, либо прекращается вовсе. Материал не набирает дальнейшей прочности, становится рыхлым. Жидкость при замерзании расширяется, создается избыточное давление внутри формирующихся структур. Происходит внутреннее разрушение застывающего материала и снижение его свойств.

устройство тепляка при зимнем бетонировании

Наиболее нежелательны эти процессы в начале заливки бетона. Если замораживание произошло во время схватывания смеси, то материал не сможет набрать полной прочности даже при возобновлении гидратации, вызванной повышением температуры. Задумываясь над тем, можно ли заливать бетон холодной зимой, необходимо предусмотреть возможности обогрева бетона.

Как влияет температура окружающей среды на состояние бетона

При создании монолитных сооружений набор прочности сильно зависит от климатических условий. Ключевые факторы, влияющие на затвердевание бетона – влажность и температура. Сильное понижение первой приводит к усиленному испарению влаги и обезвоживанию материала. Вследствие этого возникают усадочные трещины, замедляется набор прочности.

бетонирование в термоактивной опалубке зимой разных конструкции и узлов

При анализе ситуации, когда можно ли заливать бетон, необходимо учитывать влияние температурного режима на процессы, происходящие в бетоне. Основной химической реакцией во время заливки является гидратация цемента водой. Активность воды сильно зависит от степени ее нагретости. В жаркую погоду твердение смеси происходит при быстрой потере влаги и неравномерном прогреве слоев. Это плохо отражается на состоянии поверхности – она трескается. При умеренных климатических условиях проведение бетонных работ дает наилучшие результаты. Скорость протекания гидратации обеспечивает оптимальный режим затвердевания.

При работе в холодное время нужно учитывать последствия кристаллизации воды в растворе. Это может быть сильное замедление скорости работы вплоть до невозможности получения нужной прочности. Методы прогрева бетона в зимний период направлены на преодоление этих трудностей.

Какой оптимальный температурный режим затвердевания бетона

Приобретение материалов нужных кондиций, его функциональные свойства сильно зависят от состояния окружающей среды. При температуре от 15°С до 25°С масса набирает 70% прочности за 7 дней. Для достижения состояния камня нужно около 30 дней. В холодное время года происходит снижение скорости затвердевания. При средней температуре +5°С необходимая прочность наступит примерно через 60 дней. С понижением температуры от 0°С до -5°С твердение если и происходит, то только за счет минимального количества воды содержащегося в порах.

бетонирование с термоактивной опалубкой

Дальнейшее падение температуры приводит к полной остановке всех процессов. Как будет вести себя бетон во время последующей оттепели зависит от того, на какой стадии произошло замораживание. Если смесь замерзла после набора критической прочности, то при оттаивании никаких значительных нарушений не будет. Материал постепенно наберет полную прочность без особых потерь. Замерзание на начальной стадии после заливки приводит к необратимым разрушениям структуры и к низкому качеству бетона. Методы выдерживания бетона в зимних условиях  позволяют эффективно бороться с этой проблемой подручными средствами.

Важно! Оптимальная температура для проведения бетонных работ колеблется от +15° С до +25° С. При более низких температурах о том, можно ли заливать цементную смесь, без дополнительных мер, бессмысленно.

Что делать если на улице мороз, а нужно заливать фундамент?

Зима – не самое подходящее время для строительных работ. Особенно это касается заливки бетона. Основным участником химических процессов, протекающих во время застывания смеси, является вода. Гидратация цемента замедляется с понижением температуры, и срок затвердевания сильно увеличивается. При изменении температуры от 20°С до 50°С время набора прочности увеличивается в 3-4 раза.

нарастание прочности бетона в различных температурных условиях окружающей среды

В случае замораживания раствора возникает избыточное давление, создаваемое замерзшей водой. Вокруг наполнителей образуются ледяные пленки, ухудшающие связи внутри смеси. Хуже всего, если это происходит на ранней стадии схватывания. В таком случае даже при дальнейшем повышении температуры бетон не сможет набрать марочной прочности.

Допускается проведение заливки в холодное время года, если это определено графиком мероприятий. Проведения таких работ определяются СНиП, разрешающим заливку бетона в зимнее время. Этот документ определяет начало зимних условий при температуре +5°С и диктует, сколько греть материал.

Для защиты раствора от замерзания существуют проверенные методы выдерживания бетона в зимних условиях. К ним относятся различные виды прогрева, укрытие смеси, а также добавление противоморозных добавок. Основная задача при зимнем бетонировании – это предохранение от замерзания до набора критической прочности, величина которой соответствует 50% от марочной. От этого зависит, сколько конкретно греть бетон зимой после заливки. Большим плюсом является использование материала, замешанного на нагретой воде. Дно заливаемого котлована и опалубка должны быть очищены от снега и льда.

прогрев бетона кабелем технология укладки кабеля

Применение противоморозных добавок

Введение химических добавок при заливке бетона в зимнее время позволяет заливать смесь без прогрева. Это метод выгоден экономически и не требует устройства дополнительных теплосберегающих конструкций при относительно низкой температуре. Использование добавок может служить дополнением к обогреву твердеющего материала. В обоих случаях наблюдается заметное снижение затрат, если применять их совместно с методом «Термоса».

Важно! Теоретически внедрение в состав смеси добавок позволит работать даже при -25°С, однако на практике это трудновыполнимо.

Для заливки бетона зимой используют два вида добавок: для ускорения застывания и для понижения точки замерзания. Рекомендуемая концентрация – от 2% до 10%, точная цифра подбирается в зависимости от температуры воздуха и массы сухого цемента. Добавление химических средств – один из методов зимнего бетонирования, уместен поздней осенью и при первых заморозках.

электропрогрев бетона при зимнем бетонировании

Среди распространенных добавок к бетону особенно выделяют:

  • Нитрит натрия NaNO2 (соль азотистой кислоты). Улучшает прочность застывания при температуре не ниже 18,5 °С. Плюс – антикоррозийный эффект, минус – на поверхности бетона остаются разводы.
  • Хлорид кальция CaCl2. Если некритично появление высолов на поверхности застывшего материала, это средство ускорит схватывание бетона. Работать с ним можно до -20 °С, марка цементного порошка должна увеличиваться с концентрацией введения хлорида.
  • Углекислый калий (поташ), K2CO3 он же карбонат калия. Лучший по удобству и свойствам модификатор для бетона. Он не оставляет разводов и коррозии на арматуре. Единственный недостаток – этот катализатор действует слишком интенсивно на скорость затвердевания. Управиться с работой нужно за 45-50 минут.

Добавлять «химию» в чистый бетон нельзя! Сначала ее размешивают в воде, после соединяя со смесью цемента. Для равномерного застывания время перемешивания увеличить в 1,5 раза. Обычная соль способна улучшить застывание бетонной смеси, но весьма незначительно.

зимний прогреб бетона электропрогрев

Укрытие и тепловые пушки

Существует несколько способов прогрева бетона в зимнее время, греющая опалубка – один из простых и легко устраиваемых. Она состоит из двух фанерных листов и инфракрасной пленки, впрессованной между ними. Последняя может прогреть бетон на 60 см в глубину из-за особенностей распространения лучистой энергии. Преимущество способа – равномерность нагрева, застывшая поверхность не будет иметь трещин.

После прогревания опалубки ее нужно отключить и залить в нее раствор. Температура колеблется в интервале от 60 до 80 градусов Цельсия, удерживаясь до достижения 80% прочности. Для уменьшения потери тепла свободную часть опалубки следует накрыть теплоизоляционным слоем.

Если доступ к бесперебойному электричеству отсутствует, можно использовать дизельные тепловые пушки. Над площадью прогрева возвести укрытие, куда будет подан горячий воздух. Этот метод является дорогостоящим, альтернатива – двустенная опалубка, применяется чаще.

принцип метода термоса при зимнем бетонировании

Прогрев бетона зимой способом «термоса»

Простой и легко реализуемый метод термоса при зимнем бетонировании не требует особых затрат. Разогретый выше СНИП (25-45 градусов) материал быстро заливают в опалубку и накрывают термо- и паро- изоляцией. В результате гидратации смесь не остывает и набирает требуемую прочность. Цемент и сам выделяет тепло порядка 80 ккал.

Перед началом работ нужно провести теплотехнический расчет – сколько греть бетон: количество тепла в бетоне должно равняться теплопотерям при остывании до нуля. Период понижения температуры характеризуется положительной температурой и набором проектной прочности.

использование термоматов при зимнем бетонировании

Отсутствие расходов на электроэнергию и дополнительные материалы делает эту технологию бетонирования в зимних условиях экономичной. Вкупе с ней используют химические добавки для понижения точки замерзания.

Важно! Метод «Термоса» нашел применение в проектах с большими объемами и площадями.

Как прогреть бетон проводом

Методы зимнего бетонирования не ограничиваются простым применением теплоизоляции. Часто используется электропрогрев, аналогичный «теплым» полам. На арматуре крепится греющий провод, после чего в опалубку заливают смесь (ее температура не ниже 50С). Концы кабеля присоединить к источнику тока, не забыть про понижающий трансформатор. После включения нагрев происходит со скоростью 10 градусов в 10 минут до достижения 50-60°С. Затем смесь плавно охлаждается в 2 раза медленнее.

Бетон зимой прогревается специальными проводами – ПНСВ или ПТПЖ, они оба сделаны из стали, но последней имеет две жилы (при повреждении одной нагрев продолжается). Диаметр провода обычно составляет 1,2 мм, количество на 1 м³– 50 м. После заливки провод остается внутри, прокладывать его можно при -15°С, проводить нагрев – 25°С.

Преимущества этого способа заключаются в низком потреблении электроэнергии и возможности нагрева больших объемов. Чтобы смесь застыла равномерно, нельзя изменять интервалы времени между скачками температур.

использование противоморозной добавки при зимнем бетонировании

Метод электродов, когда арматура обвязывается проволокой, присоединяемой к понижающему трансформатору через провода, менее эффективен. Проводником в этом случае выступает вода, при ее высыхании резко увеличивается расход электричества.

Заключение

Даже любитель в строительстве должен знать – заливка бетона зимой без прогрева невозможна (см. более подробно о прогреве бетона зимой тут). Чтобы цементная смесь схватилась и приобрела хорошую прочность, применяют способы нагрева и химические модификаторы. Выбор конкретного варианта определяется площадью и объемом работ и температурой воздуха. Значение имеют и менее явные факторы – доступ к электроэнергии, вид имеющейся опалубки и марка бетона.

тепловыделение цемента при бетонировании экзотермическая реакция

замерзание готового раствора, бетонирование при минусовых показателях

Часто строительным бригадам приходится работать в крайне неблагоприятных погодных условиях, так как сроки на возведение той или иной конструкции слишком ограничены. Экстренная заливка бетона при низких температурах или его ремонт ограничены весьма узким диапазоном температурных показателей. Иными словами, неблагоприятные погодные условия играют немаловажную роль в процессе структурного схватывания, отвердения и набора бетоном необходимой марочной прочности.

Принцип воздействия отрицательных температур

Каждый специалист знает, что бетон лучше всего схватывается при температуре от +15 до +25 ˚ С. При таких условиях уже на 29-е сутки бетонная конструкция достигает оптимальных показателей прочности. Когда же температура опускается до минусовых показателей, то вся влага, которая содержится в структуре смеси, превращается в цельные ледяные кристаллы. Под воздействием такой реакции итоговый объем воды увеличивается на 10%, что способствует повышению давления. Такая ситуация чревата тем, что происходит разрыв существующих структурных связей, которые не подлежат восстановлению.

Бетонирование при отрицательных температурах всегда влечёт за собой то, что материал теряет необходимую связь с арматурным каркасом, а также возрастает пористость, которая ухудшает качество возведённой конструкции. Не стоит забывать и о том, что такой бетон теряет необходимую водонепроницаемость и морозостойкость.

Когда температура окружающей среды повышается, то ледяные кристаллы снова превращаются в воду, и процесс отвердения возобновляется. Но из-за разрушенной морозом структуры проектная прочность такого материала будет на 20—50% ниже, нежели ожидалось. Особенно негативно влияет попеременная заморозка — многоразовое оттаивание бетонных конструкций. Специалисты отмечают, что прочность, при которой никакое замораживание не сможет повредить структуру бетона, называется критической.

Если же строителям нужно залить бетон при отрицательных температурах, то им предстоит выполнить несколько специальных манипуляций, которые помогут получить в итоге необходимые физико-химические показатели материала, предусмотренные проектной документацией.

Преимущества зимнего фундамента

Постоянное изменение климатических условий привело к тому, что «зимние» условия строительства могут наступить даже в сентябре. Это связано с тем, что внезапные заморозки и последующая оттепель вносят свои поправки в технологию заливки бетона, используемую специалистами. Стоит отметить, что снега может и не быть, но в северных регионах страны, где тёплых дней очень мало, среднегодовая температура не превышает +5 ˚ С. Именно поэтому были разработаны инновационные технологии возведения фундамента, которые призваны продлить строительный сезон.

Теперь залить качественный бетон можно даже при температуре -25 ˚ С. Это существенно ускоряет строительство новых зданий, так как уже с приходом первых весенних дней можно смело приступать к возведению стен. Если же дом будет построен из дерева, тогда его строительство может быть продолжено — независимо от температуры.

Использование такой методики строительства имеет множество неоспоримых преимуществ, главными из которых считаются:

  • Плановое снижение цен на работы и материалы.
  • Существенно минимизируется риск обрушения стен у вырытых котлованов, предотвращается их затопление грунтовыми водами.
  • Минимальный процент загруженности строительной бригады.
  • Существенно увеличивается несущая способность почвы, которая к весне раскисает, благодаря чему к строительной площадке может подъехать тяжёлая техника.

Многие думают, что закладку фундамента лучше всего проводить в летнее время. Но далеко не все знают, что жаркая погода тоже накладывает на работу свои ограничения. К примеру, могут начаться сезонные проливные дожди, которые не только размывают, но и способствуют разрушению стенок котлованов и траншей. Из-за этого рабочим приходится заново все готовить, что чревато лишней тратой времени и денег.

Что касается земельных участков с УГВ, то для них нужно принимать целый комплекс специальных мер, которые связаны с откачкой лишней воды. В этом случае мастерам приходится рыть водоотводящие траншеи и устанавливать дренажные насосы высокой мощности.

Основные правила бетонирования

Опытные бригады строителей привыкли использовать базовые положения СНиП, благодаря чему выполнение бетонных работ при отрицательных температурах не вызывает каких-либо сложностей. Среди основных правил можно отметить те, которые считаются обязательными:

  • Приготовление бетонной смеси нужно проводить исключительно в подогретых бетоносмесителях. Вода и заполнители должны быть заранее подогреты. Среднее время перемешивания всех компонентов должно быть увеличено минимум на 25%.
  • В процессе приготовления смеси необходимо вводить специализированные воздухововлекающие и противоморозные добавки, а также пластификаторы.
  • Если готовую бетонную смесь нужно транспортировать к месту строительства, тогда для этих целей должны быть задействованы автобетоносмесители или утеплённые контейнеры. Если температура воздуха ниже -15 ˚ С, то итоговое время транспортировки должно быть сокращено на 25—50%, нежели в летний период.
  • Способ укладки поверхности, на которую будет заливаться смесь, а также её состояние, должны предотвратить вероятность замерзания раствора в момент соприкосновения с бетонной смесью.
  • Когда нужно залить фундамент при отрицательных температурах, обязательно должны использоваться качественные глубинные вибраторы. В сравнении с укладкой в тёплую погоду, время вибрирования бетонной смеси должно быть увеличено на 30%.
  • Когда все бетонные работы выполнены, все свежеуложенные конструкции обязательно укрываются универсальными теплоизоляционными и пароизоляционными материалами.

Внешние источники подогрева раствора

Квалифицированные строители отмечают, что именно подогрев бетона позволяет добиться качественного схватывания фундамента, который в итоге будет обладать необходимыми прочностными характеристиками. В зависимости от типа бетонируемой конструкции и предполагаемого срока ввода её в эксплуатацию могут использоваться разные источники поддержки внутренней теплоты бетона. Выбор того или иного варианта зависит от строителей:

  • Выдерживание раствора в специальных тепловых шатрах (универсальный конвективный способ).
  • Предварительный электроразогрев.
  • Контактные, радиационные, индукционные способы электроподогрева.

Такие манипуляции необходимы для того, чтобы бетон не замерзал при низких температурах окружающей среды. Каждый способ обладает своими нюансами и преимуществами, которые нужно тщательно изучить, чтобы не допустить распространённых ошибок.

Специализированные тепловые шатры

Метод подогрева бетонного раствора в искусственных тепляках влечёт за собой непредвиденные финансовые затраты, продление строительного срока и усложнение проводимых смежных работ. Именно поэтому использование такого способа возможно только в экстренных ситуациях, когда существует технологическая необходимость.

Тепляки — это своеобразные тепловые конструкции, которые возводятся на определённый промежуток времени. Стоит отметить, что итоговый температурный режим в шатре должен полностью соответствовать температуре основания бетонной конструкции (минимум +7 ˚ С). Поддерживать необходимую температуру помогают специальные воздухонагреватели, которые могут работать как от топлива, так и от электричества.

На современном рынке представлено несколько основных разновидностей теплянок, каждая из которых может эксплуатироваться в определённых условиях:

  • Объёмные шатры для масштабных строительных площадок, которые могут быть с прочным каркасом либо без него. Многие строители предпочитают именно бескаркасные модели, которые снаряжаются специальными воздуходувками.
  • Лёгкие и компактные тепляки из ПВХ или прочного брезента. Широко востребованы при выполнении специфических строительных работ нулевого цикла (прочные колонны, устойчивые фундаменты под оборудование). Во время механизированной укладки тепляк обязательно демонтируют, а по окончании снова устанавливают для выдерживания бетона в пределах установленной температуры. В этом случае итоговая конструкция получается максимально прочной и надёжной.
  • Передвижные виды тепловых сооружений, предназначенные для закладки ленточного фундамента или подземных коммуникаций. Для перемещения такого тепляка необходимы мощные тягачи либо специальные лебёдки. На время бетонирования в шатре остаются открытыми проёмы в перекрытии, через которые осуществляется подача бетонного раствора.

Тонкости предварительного нагрева

Многие специалисты отмечают тот факт, что именно предварительный форсированный нагрев бетона считается наиболее рациональным решением в тех ситуациях, когда нужно залить фундамент при низких температурах. Перед укладкой в опалубку раствор тщательно прогревается в течение 15 минут до температуры +90 ˚ С. Для этих целей используются специальные загрузочные бадьи, которые оборудованы мощными электродами.

В некоторых случаях допускается использование кузовов автосамосвалов, где должны быть задействованы опускные типы электродов. Хорошо разогретую смесь сразу заливают в опалубку и уплотняют при помощи вибраторов до тех пор, пока бетон не начнёт схватываться.

Многочисленные испытания этой технологии показали, что использование электротеплового импульса на начальном этапе структурообразования существенно ускоряет гидратацию бетона. Вибрирование нагретого раствора позволяет добиться самой прочной структуры готового материала.

Советы специалистов

Для того чтобы все выполненные работы с бетоном при низкой температуре дали желаемый результат, нужно придерживаться некоторых рекомендаций, которые были проверены годами. Особенно это касается тех случаев, когда возводится многоэтажное строение. Основные советы:

  • Опалубка должна быть подготовлена наилучшим образом. Из неё обязательно убирают весь накопившийся снег и лёд, а также осуществляют подогрев арматурного каркаса и дна до положительной отметки. В этом случае можно воспользоваться специальными переносными жаровнями либо тепловыми пушками, работу которых обеспечивает сжиженный газ.
  • В зимнее время гораздо проще сделать ленточный тип фундамента, так как все работы можно разделить на несколько основных этапов. Помимо этого, на локальных участках гораздо проще создать оптимальные условия для застывания раствора.
  • Если заказчик хочет, чтобы строители создали плиточный фундамент, сделать это будет практически невозможно. Это связано с тем, что для нормального застывания бетона необходимо поддерживать определённую температуру, несмотря на сильные морозы.
  • Мастера должны придерживаться непрерывного способа укладки. Особенность такой процедуры состоит в том, что если даже фундамент заливается слоями, то каждый последующий шар должен быть уложен ещё до того, как застынет предыдущий.
  • Как показывает практика, наилучшего результата при зимнем бетонировании можно добиться в том случае, если использовать сразу несколько проверенных технологий.

Использование специальных присадок

В сфере масштабного строительства все чаще используются противоморозные добавки, которые помогают добиться критической прочности от заливки бетона при низких температурах. Они обеспечивают нормальную гидратационную реакцию цемента, ускоряют процесс затвердевания, предотвращая тем самым нежелательное превращение воды в кристаллы льда.

Такие присадки можно использовать исключительно в период сильных морозов, придерживаясь точных пропорций, которые всегда указываются производителем на упаковке. В противном случае существует большая вероятность того, что эксплуатационные свойства бетона ухудшатся в несколько раз.

Бетонные работы при низких температурах: все нюансы и правила

Построить дом, в котором будет собираться большая семья, чтобы вместе отметить праздники и радостные события – мечта любого мужчины. Как правило, у каждого хозяина, желающего построить свой дом, возникает множество вопросов, в которых он желает разобраться самостоятельно, не обращаясь к помощи специалистов. Это и самолюбие потешит и немало денег сэкономит. Однако большинство мужчин останавливает одна и та же проблема – решить, в какое время года строить дом. Раньше считалось, что это возможно только летом, но научный прогресс позволяет строить жилье и зимой. Единственный нюанс – стоит заранее выяснить, при какой температуре можно производить бетонные работы.

Преимущества и недостатки зимних работ

Бетонирование при отрицательных температурах имеет свои преимущества и изъяны, о которых нельзя забывать.

При какой температуре можно производить бетонные работыСвои преимущества имеет бетонирование при отрицательных температурах

Преимущества:

  1. Возможность залить бетон на сыпучем грунте. В тёплое время года почва осыпается, что затрудняет качественную укладку покрытия.
  2. Меньшая стоимость работ. Зимний период традиционно считается неподходящим для строительства, поэтому многие магазины делают скидки на материалы, необходимые для строительства дома.
  3. Ускоренное оказание услуг. Неприятная погода буквально заставляет сотрудников работать быстрее, что значительно снижает временные затраты.

Недостатки:

  1. При выборе рабочих следует рассматривать мастеров, которые способны выполнять заливку бетона зимой. Это связано с тем, что большинство строителей работают только летом.
  2. Велик риск того, что бетонная смесь замёрзнет, и строительные работы придётся приостановить до тех пор, пока температура внешней среды не достигнет положительных значений.
  3. Зимой световой день короче, чем летом, поэтому потребуется купить оборудование для дополнительного освещения. Как правило, это требует немалых растрат.
  4. Заливка фундамента на замёрзшую землю грозит проседанием и возникновением трещин, так как при размерзании земля проседает.

Как влияют на бетон отрицательные температуры?

Согласно п. 5.3.15. СП 70.13330.2012 СНиП 3.03.01-87, проведение укладки бетона при отрицательных температурах возможно только при создании особых условий, обеспечивающих необходимые свойства бетона.

При какой температуре можно производить бетонные работыТолько при создании особых условий возможно заливка бетона при отрицательных температурах

Качество раствора при различных температурах

Укладка бетона при минусовой температуре приводит к появлению неисправимых изменений в структуре.

В связи с этим следует помнить об особенностях работы в зимнее время:

  • раствор, приготовленный в летний зной, имеет более высокую стойкость и быстрее застывает, чем смесь, приготовленная зимой;
  • при работе в ледяной холод качество раствора резко падает. Об этом свидетельствует видимая деформация изделия. Поэтому температура укладки бетона должна быть выше 0°C.

Физико-химические процессы

Созревание бетона при низких температурах занимает большее количество времени и рискованно появлением дефектов на готовой конструкции. Самой низкой температурой для естественного протекания процесса считается +4 °C.

Гидратация бетона при отрицательных температурах замедляется, химически несвязанная вода переходит в состояние льда, увеличивая свой объём на 9,7 %. Из-за этого в смеси возникают напряжения, которые разрушают его структуру. Замёрзший бетон обретает высокую прочность благодаря сцеплению молекул замёрзшей воды, но это ненадолго.

При увеличении температуры внешнего мира выше 0 градусов, вода начнёт оттаивать, что возобновит гидратацию. Но изменение структуры бетона не позволит набрать необходимую проектную прочность. Исследования показывают, что влияние пониженной температуры не меняет физико-химические характеристики бетона, если до замерзания смесь набрала 30-50% проектной прочности.

При какой температуре можно производить бетонные работыБольшее количество времени занимает созревание бетона при низких температурах

Схватывание и твердение бетона при низких температурах по дням

Чтобы выяснить наиболее подходящее время для начала проведения строительных работ, следует обратить внимание на график, где показано твердение бетона при низких температурах. Каждый производитель строительного материала размещает таблицу с информацией о застывании бетона при низких температурах на упаковке. Лучшим временем считается момент, когда прочность бетона составляет не менее 72%. Чтобы лучше понимать, как рассчитать время работы, следует изучить пример, в котором описано схватывание бетона при низких температурах по дням.

При какой температуре можно производить бетонные работы

Методы зимнего бетонирования

Если работа осуществляется при пониженной температуре, то следует заранее позаботиться о том, чтобы раствор не замерзал. Опытные строители выбрали несколько способов, которые позволяют выполнять производство бетонных работ при отрицательных температурах.

Повышение температуры в процессе замеса

Работа при показателях ртутного столбика ниже 0°C отличается своей спецификой. Прежде чем укладывать смесь, необходимо её нагреть до определённой температуры. Процедура направлена на повышение порога критической прочности бетона. Это величина, определяющая минимальную прочность, которую нужно набрать бетону до обморожения. Работа в холод повышает риск того, что разрушится структура бетона и его дальнейшее вызревание будет невозможно.

Подогрев и утепление раствора

Научные достижения предлагают немало различных методик, позволяющих добиться необходимой температуры.

При какой температуре можно производить бетонные работыНемало различных методик предлагают научные достижения

Среди наиболее популярных выделяют:

  1. Внутренний подогрев строительной конструкции. Изнутри перекрытия закладывают специальные провода. Это создаёт необходимые условия для застывания раствора.
  2. Обогрев смеси с внешней стороны. Повышают температуру окружающей среды на определённом участке строительных работ. Для успешного бетонирования используют тепловые пушки (строительные обогреватели) и разборные сооружения («тепляки»).
  3. Несъёмная теплоизоляционная опалубка. Такой метод применим, если температура внешнего мира будет не менее — 5°C. Эта система обеспечивает условия для твердения бетона с помощью требуемой температуры.

Использование противоморозных добавок

Опытные мастера вместе с подогревом раствора применяют противоморозные добавки.

Профессионалы утверждают, что это доступный и простой метод бетонирования при низких температурах. Составы делят на 2 группы:

  1. Тормозящие процесс кристаллизации воды. Составы содержат компоненты, которые обеспечивают полимеризацию раствора в холод.
  2. Ускоряющие затвердевание. Используя эти компоненты, строители сокращают время затвердевания бетона.

Как правило, противоморозные компоненты составляют 2-10% от цементной основы. Их использование делает возможным осуществление работы при температуре -25 °C.

При какой температуре можно производить бетонные работыПротивоморозные добавки применяют для строительных работ зимой

Среди наиболее распространённых противоморозных добавок:

  • углекислый калий (поташ). Свою популярность этот компонент приобрел за счёт того, что не провоцирует образования ржавчины на металлических конструкциях. Процесс полимеризации продолжается даже при температуре -25 °C. Использование поташа гарантирует отсутствие соляных следов. Однако углекислый калий имеет свою особенность – смесь быстро схватывается. Так что рекомендуется использовать раствор не позже, чем через 50 минут с момента приготовления;
  • нитрит натрия. Этот модификатор даёт возможность проводить строительные работы при температуре до -19 °C, а также наделяет антикоррозийными свойствами. Однако использование этого компонента приводит к появлению солевых следов на готовом изделии;
  • хлорид кальция. Способствует застыванию бетона, даже если на улице -20 °C, а также увеличивает скорость схватывания смеси. В силу своей природы, состав может оставлять соляные разводы на застывшем бетоне.

Особенности заливки бетона при разных погодных условиях

Заливка бетона в жаркую погоду

Заливка бетона в палящий зной станет настоящим испытанием для тех, кто любит медлить.

При какой температуре можно производить бетонные работыНастоящим испытанием станет заливка бетона в палящий зной

Пол быстро затвердевает, поэтому необходимо придерживаться определённых правил:

  • обязательное использование гидроизоляции. Даже если она не требуется в силу погодных условий, её наличие не позволит влаге просачиваться в грунт;
  • большее количество сотрудников увеличит скорость выполнения работы и обеспечит качественное покрытие поверхности;
  • отделка плиты двумя способами – с алюминиевой тёркой и стальным предметом, обеспечит качественное покрытие;
  • чтобы получить немного дополнительного времени на выполнение работы, следует использовать более влажную смесь;
  • следует приступать к увлажнению плиты сразу после того, как затвердела обработанная поверхность.

Работа в прохладное время года

При работе в морозную погоду бетон твердеет медленно. Когда плита будет уложена, нужно выждать не менее часа, прежде чем приступить к ручной затирке.

В силу того, что выполнение этого этапа требует большей скорости, чем те же самые действия в жаркий день, то необходимо следовать некоторым советам:

  • не стоит увлажнять бетон больше, чем необходимо;
  • если погодные условия не требуют использования полиэтиленовой гидроизоляции, стоит дать возможность влаге выйти в грунт. Это ускорит затвердевание бетона;
  • следует заполнять участок смесью как можно раньше, это обеспечит более быструю готовность работы, так как днём температура воздуха более высокая, соответственно, смесь застывает быстрее.

При какой температуре можно производить бетонные работыМедленно твердеет бетон при работе в морозную погоду

Заливка бетона в холодную погоду

Заливка бетона при отрицательных температурах требует создания особых условий. Раствор не должен замерзать, иначе тонко отшлифованная поверхность плиты станет кашеобразной.

Чтобы обеспечить наиболее качественное покрытие при выполнении работ в холодную погоду, требуется запомнить некоторые особенности:

  • следует попросить поставщика, чтобы он смешивал раствор тёплой водой в те дни, когда температура ниже точки замерзания. Это помогает избежать проблем при транспортировке смеси;
  • добавление в состав смеси негашёной извести ускоряет первоначальное затвердевание бетона и позволит более стойко сопротивляться разрушающим факторам при оттаивании или замораживании. Количество извести обычно составляет 0,5 — 2% от массы смеси;
  • важно помнить о том, что использование большого количества смеси также проблематично, как и работа в жаркую погоду. Добавление извести делает состав агрессивным по отношению к стали, этот компонент нельзя использовать при работе с бетоном, усиленном стальными конструкциями;
  • следует убедиться в том, что подушка из щебня не замёрзла;
  • необходимо обеспечить дополнительный обогрев здания, в котором ведутся работы;
  • покрыть готовую плиту полиэтиленом и накрыть слоем сена или соломы, толщиной более 100 мм, чтобы обеспечить теплоизоляцию.

Рекомендации при зимнем бетонировании

В силу своего химического состава, бетон при минусовой температуре не способен сохранить хорошее качество.

При желании совершить укладку смеси в холод, следует придерживаться некоторых правил:

  • необходимо подготовить вспомогательные конструкции. Требуется очистить опалубку от льда и осадков и разогреть арматурные конструкции и дно до достижения требуемой температуры. Для этого потребуются обогревательные элементы;
  • использование плиточного фундамента. Это делает невозможным поддержание необходимой температуры в ледяной холод. Опытные строители заливают такой тип основания только при показателях ртутного столба выше 0°C или небольших заморозках;
  • применение ленточного фундамента в качестве основания. В силу возможности поэтапного выполнения работы, такой вариант наиболее приемлем для возведения жилья в холодную погоду. Лучше создавать обогревательные комплексы для застывания бетона на определённых участках;
  • непрерывность работы. Если фундамент необходимо заливать частями, каждую последующую локацию необходимо заполнить до того, как схватиться первая;
  • совмещение методов. Практика показывает, что лучшего результата удаётся достичь при использовании нескольких методов зимнего бетонирования.

Даже несмотря на всю доступность стройки в морозное время года, необходимо помнить о том, что это влечёт за собой лишние затраты времени, денег и сил. Поэтому лучше заливать бетон в тёплое время года.

Виды расчетов и экспериментальных исследований

Состояние окружающей среды влияет на свойства строительных материалов. Это исследование дает начальное представление о гидратации портландцемента при низких температурах с точки зрения лабораторных экспериментов (включая электрическое сопротивление, степень гидратации (DoH) и зрелость), а также термодинамических расчетов. Гидраты портландцемента в данный период были обнаружены с помощью дифракции рентгеновских лучей (XRD), а их микроструктура наблюдалась с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM).Результат эксперимента (т.е. DoH и удельное электрическое сопротивление) показал, что гидратация портландцемента задерживалась низкой температурой без остановки гидратации при -5 ° C. Основываясь на базовой кинетической модели, термодинамический расчет предсказал, что конечный гидрат отличается в зависимости от температуры окружающей среды. Тенденция механического поведения портландцементной пасты под воздействием низких температур потенциально связана с появлением алюминатных соединений и восстановлением портландита.

1.Введение

Температура влияет на характеристики портландцемента, который является наиболее широко используемым материалом в строительстве инфраструктуры [1]. Между тем матрица цементного вяжущего играет очень важную роль в композитах на основе портландцемента (то есть пастах, растворах, бетоне, стабилизированном камне и обработанных грунтах). Характеристики затвердевшего портландцемента (например, механическое поведение и долговечность) тесно связаны с химической гидратацией и твердением в раннем возрасте, в то время как взаимосвязь между процессами гидратации, производимыми гидратами, микроструктурами и механическими свойствами была доказана в предыдущих исследованиях [2– 5].В течение срока службы инфраструктуры материалы на основе цемента должны сталкиваться с жесткими условиями окружающей среды, такими как сверхнизкие температуры [6–8]. В этих условиях механические свойства (например, прочность на сжатие, прочность на изгиб, модуль упругости и коэффициент Пуассона) затвердевшего портландцементного бетона будут улучшены за счет сверхнизкой температуры, например, –70 ~ –10 ° C [7].

Иными словами, если материалы на основе цемента (пасты, растворы, бетон и т. Д.) Будут подвергаться воздействию низких температур, особенно отрицательной температуры (<0 ° C) во время начальной стадии гидратации, гидратация цемента будет сильно затронута [9–11] .В этом случае гидратированные продукты, фазовая конверсия, например, из эттрингита (AFt) в моносульфат (AFm), и поры раствора будут подвергаться воздействию низких температур [5, 12]. В некоторых ограниченных условиях матрица может быть даже повреждена. Таким образом, в раннем возрасте следует применять стратегии, чтобы избежать повреждений матрикса в холодную погоду [13, 14]. С этой целью было проведено множество исследований по изучению гидратации портландцемента при низких температурах [10, 11, 15–18], хотя до сих пор отсутствует глубокое понимание влияния низких температур на характеристики гидратации и твердения цемента. .

Лучшее понимание гидратации портландцемента может абсолютно улучшить характеристики цементных композитов при низких температурах, особенно для применения в холодном климате. Таким образом, это исследование направлено на изучение процесса гидратации портландцемента, включая гидраты, микроструктуру и эволюцию механического поведения. Чтобы лучше понять влияние низких температур на процесс гидратации, также используется термодинамический подход для расчета гидратов портландцементной пасты.По сути, это исследование дает базовые знания о процессе гидратации портландцемента при низких температурах как часть систематического исследования.

2. Экспериментальная программа
2.1. Сырье

В данном исследовании использовался типичный коммерческий обычный портландцемент (OPC, производимый Jidong Cement Plant, Сиань, Китай) с оксидными компонентами, подробно описанными в Таблице 1 (PO42.5). Следует отметить, что оксидные компоненты, измеренные здесь с помощью XRF, не отражали реальный компонент в портландцементе из-за замены 5-10% наполнителя в клинкерах.Минеральные фазы в OPC (с помощью XRD) и гранулометрический состав показаны на рисунке 1. Технические свойства PO42.5, использованного в этом исследовании (предоставлены производителем), следующие: удельная поверхность (Блейн) = 360 м 2. 2 / кг, плотность = 3,02 г / см 3 , время начального схватывания = 2,8 часа и время окончательного схватывания = 4,7 часа.


Оксид Na 2 O MgO Al 2 O 3 SiO 2 P 2 O 5 SO 3 K 2 O CaO TiO 2 MnO Fe 2 O 3 CuO ZnO Rb 2 O SrO BaO PbO Cr 2 O 3

PO42.5 0,30 1,30 5,20 18,00 0,05 3,00 1,10 65,80 0,40 0,07 4,80 0,02 0,10 0,00 0,09 0,0

0,02 0,00

, полученные методом рентгеновской флуоресценции (XRF).

.

Укладка бетона в жаркую или холодную погоду

Люди, которые занимаются заливкой бетоном, могут работать почти круглый год на большей части территории страны. Это связано с тем, что либо методом проб и ошибок, либо, читая множество технических журналов, они выяснили, как успешно укладывать бетон, даже если он изнуряет горячим или очень холодным. Почти всем остальным я бы порекомендовал ограничить конкретные занятия более умеренной погодой. Если на улице так жарко, что все, о чем вы можете думать, это поплавать, я бы посоветовал вам выпить холодного напитка, включить кондиционер и забыть о бетоне.Если на улице так холодно, что вам нужны перчатки, подумайте о том, чтобы провести время перед камином с хорошей книгой.

Если это не дает вам достаточно конкретных рекомендаций, может быть, нам следует определить, что такое умеренные температуры? Это открыто для обсуждения и включает другие факторы, но в целом, если температура воздуха составляет от 50 ° F до 90 ° F, вы должны быть в безопасности. Вы можете безопасно укладывать бетон за пределами этих ограничений, но вам нужно сделать несколько вещей, чтобы ваша работа не превратилась в кошмар.

Температура воздуха сама по себе не является определяющим фактором при заливке бетона. Температура воздуха, уровень влажности и скорость ветра, температура поверхности, на которую вы кладете бетон, вода и сухой бетон в мешке — все это играет огромную роль, и их необходимо учитывать. Воздух, ветер и влажность в значительной степени не зависят от вас, но на некоторые другие вы можете влиять. Важно помнить, что температура смешиваемого материала так же важна, как и температура воздуха.

Холодная погода
Если температура воздуха ниже 32 ° F, я бы посоветовал вам дождаться более теплой погоды или позвонить профессионалу. Если вы не хотите поставить палатку с обогревателем или украсть электрическое одеяло супруга с кровати, это приведет только к неприятностям. Если на улице так холодно, что земля промерзла, не заливайте бетон ни при каких обстоятельствах. Самая большая проблема при заливке бетона при температуре воздуха чуть выше нуля — это последующие ночные температуры.В холодную погоду бетон схватывается гораздо медленнее. Очень важно (я повторю, что критически важно), чтобы бетон схватился до того, как он подвергнется воздействию отрицательных температур. Проблема в том, что когда вода замерзает, она занимает больше места в ледяной фазе, чем в жидкой фазе. Когда вся вода, которую вы использовали для смешивания, замерзает, она расширяется, вызывая растрескивание бетона. Главное — сделать все возможное, чтобы бетон схватился достаточно быстро, чтобы предотвратить это.

Первое, что делают зимой профессионалы — это горячая вода.Если вы используете горячую воду и держите сухой продукт в отапливаемом помещении вашего дома или гаража до тех пор, пока не будете готовы его использовать, это значительно ускорит схватывание бетона. Вы можете купить продукты, предназначенные для быстрого схватывания, например, быстротвердеющий бетон Sakrete. Он не будет схватываться так быстро, как говорится в литературе, если температура воздуха близка к нулю, но затвердеет намного быстрее, чем обычный бетон. Также можно купить добавки для ускорения схватывания. Единственное, что здесь волнует, — это тип ускорителя. Если он содержит хлорид кальция, а ваш бетон будет содержать арматуру или металлическую проволочную сетку, хлориды разрушат его и вызовут ржавчину.Это в конечном итоге приведет к растрескиванию бетона. Когда бетон схватывается, он выделяет тепло. Не то же самое, что жарить яйцо, но есть немного экзотермическая реакция (большое слово для реакции, которая выделяет тепло, используйте его, чтобы произвести впечатление на друзей). Вы можете использовать это в своих интересах, накрыв бетон (после того, как он застынет) одеялом. Для этого продают одеяла, чтобы вашим детям не приходилось спать на морозе. Вы также можете поставить палатку или прислониться к ней и поставить внутри обогреватель.

Жаркая погода
Если температура воздуха выше 90 ° F, будьте осторожны.Конечно, то, что вы делаете с бетоном, тоже имеет значение. Мы вернемся к этому позже. Кроме того, если дует сильный ветер и низкая влажность, даже 90 ° могут стать проблемой. Проблема с жаркой погодой не в жаре. Ни у цемента, ни у заполнителей нет проблем с температурой. Это не похоже на плитку шоколада на переднем сиденье машины в июле. Дело в том, что верхний слой бетона высыхает намного быстрее, чем нижний. По мере высыхания бетон дает усадку.Это означает, что верх будет сжиматься, а низ неподвижен. В этот момент внутри плиты вспыхивает ваша собственная гражданская война между севером и югом. Будут жертвы.

Чтобы избежать агрессии, необходимо поддерживать одинаковую скорость отверждения верхней и нижней части. Есть несколько вещей, которые вы можете сделать до и во время смешивания, и несколько вещей, которые вы можете сделать после размещения. Перед смешиванием храните материал в прохладном месте или, по крайней мере, избегайте попадания прямых солнечных лучей. Затем используйте самую холодную воду, которую найдете.Компании по производству готового бетона фактически используют лед, чтобы заменить всю или большую часть воды, чтобы замедлить схватывание. После того, как вы уложили бетон и он схватился, вам необходимо поддерживать плиту во влажном состоянии. Это можно сделать несколькими способами. Вы можете периодически опрыскивать плиту из шланга, включать разбрызгиватель мелкодисперсного тумана, накрывать плиту влажной мешковиной или химикатами, предназначенными для того, чтобы вода не испарялась так быстро. При очень высоких температурах, очень низкой влажности или сильном ветре это можно делать в течение нескольких дней.Почти все в этой дискуссии о жаркой погоде направлено на то, чтобы кто-то вылил плиту. Если вы смешиваете бетон и кладете его в яму, чтобы поддержать столб ограждения настила, жаркая погода обычно не проблема. Если бетон схватывается слишком быстро, чтобы его можно было уложить в отверстие, используйте холодную воду для замешивания или лед.


Вернуться в блог

.

Прогноз температуры бетона во время отверждения с использованием регрессии и искусственной нейронной сети

Гидратация цемента играет жизненно важную роль в изменении температуры бетона раннего возраста из-за тепловыделения. Температура бетона влияет на удобоукладываемость, и ее измерение является важным элементом любой программы контроля качества. В этом отношении очень ценен метод, позволяющий оценить температуру бетона во время отверждения. В этой статье для оценки конкретной температуры использовались методы многомерной регрессии и нейронной сети.Для достижения этой цели были подготовлены десять лабораторных цилиндрических образцов в контролируемой обстановке, а температура бетона измерялась термисторами, имеющимися в тензодатчиках с вибрирующей проволокой. Переменные входных данных включают время (час), температуру окружающей среды, соотношение воды и цемента, содержание заполнителя, высоту и диаметр образца. Температура бетона была измерена на десяти различных бетонных образцах. Нелинейная регрессия достигла определенного коэффициента () 0,873. Используя тот же набор входных данных, искусственная нейронная сеть предсказала конкретную температуру с более высоким значением 0.999. Результаты показывают, что метод искусственной нейронной сети может значительно использоваться для прогнозирования конкретной температуры, когда результаты регрессии не имеют надлежащей точности.

1. Введение

Прогноз температуры свежего бетона представляет большой интерес для проектировщиков и подрядчиков, потому что гидратация цемента — экзотермический процесс, а выделение тепла может привести к очень раннему возникновению термических трещин при отсутствии какой-либо нагрузки [1]. Следовательно, использование метода оценки температуры во время отверждения очень выгодно.

Гидратация цемента вызывает повышение внутренней температуры бетона. Повышение температуры зависит от многих параметров, включая состав цемента, крупность и содержание, заполнитель и КТР (коэффициент теплового расширения), геометрию секции, размещение и температуру окружающей среды [2]. После достижения максимальной температуры температура бетона снижается [3].

Заливки с большим отношением объема к площади поверхности более подвержены термическому растрескиванию. Цементы, используемые для массового бетона, должны иметь низкое содержание C 3 S и C 3 A, чтобы уменьшить чрезмерное нагревание во время гидратации.Цемент более низкой крупности с медленной гидратацией снижает повышение температуры. Массовые бетонные смеси должны содержать как можно меньше цемента для достижения желаемой прочности. Это снижает тепло гидратации и последующее повышение температуры. Более высокое содержание крупного заполнителя (70–85%) можно использовать для снижения содержания цемента и снижения повышения температуры. КТР (коэффициент теплового расширения) крупного заполнителя имеет основное влияние на КТР бетона. Агрегаты с более низким CTE имеют тенденцию иметь более высокую теплопроводность; таким образом, тепло быстро отводится от ядра.Более низкие температуры окружающей среды вызывают меньшее повышение температуры. Меньшее соотношение объема к поверхности приводит к меньшему повышению температуры. оказывает большое влияние на повышение температуры. Чем ниже, тем меньше поднимается температура [2].

Для измерения температуры бетона во время отверждения требуются инструменты и высокие затраты. Используемые методы прогнозирования температуры бетона обычно состоят из метода Portland Cement Association (PCA), графического метода ACI, метода Шмидта [4] и программного пакета ConcreteWorks [5].

Метод PCA рассчитывает повышение температуры на 10 ° F для каждых 100 фунтов цемента, не дает информации о времени достижения максимальной температуры, не позволяет количественно определить разницу температур и предполагает, что наименьший размер бетонного элемента составляет не менее 1,8 м (6 футов). Графический метод ACI использует диаграммы и уравнения, основанные на эмпирических данных и допущениях для граничных условий. Как правило, этот метод недооценивает максимальную температуру и плохо предсказывает время достижения максимальной температуры.Метод Шмидта мало помогает определить граничные условия и его сложно смоделировать. Более того, он может быть сложным и должен выполняться опытным инженером [5]. В дополнение к дефектам трех вышеупомянутых методов, они не предсказывают постоянную температуру бетона. Пакет программ ConcreteWorks, используемый для прогнозирования постоянной температуры бетона, должен измерять содержание воздуха в бетоне, осадку, заданную конечную прочность на сжатие (), коэффициент теплового расширения и тепловые свойства бетона.Этот тип измерений требует слишком много времени и затрат. Таким образом, использование быстрого и простого метода для прогнозирования постоянной температуры бетона, который измеряет входные параметры простым и недорогим способом, может быть очень полезным.

Целью данного исследования является прогнозирование температуры во время выдержки бетона с использованием времени (), температуры окружающей среды, отношения воды к цементу, содержания заполнителя, диаметра и высоты образца в качестве переменных. Необходимые данные являются результатом лабораторного эксперимента. Для прогнозирования использовались многомерная регрессия (программное обеспечение SPSS) и искусственная нейронная сеть (MATLAB).

2. Экспериментальные процедуры

Чтобы предсказать температуру во время отверждения бетона, необходимо постоянно измерять температуру с помощью термисторов, которые расположены внутри образцов бетона. Необходимые данные получены в результате десяти экспериментов, проведенных на различных цилиндрических образцах бетона в Институте инженерно-геологических изысканий и маркшейдерского дела Технического университета Клаусталя, Германия. В каждом конкретном образце были установлены тензодатчики различных типов.Вибропроволочные тензодатчики оснащены термисторами, с их помощью измеряется температура бетона. На разных этапах бетонирования бетон надлежащим образом уплотнялся ручным вибратором.

Измерения начались сразу после бетонирования образца и в процессе его отверждения. Температуру фиксировали до 30 часов после бетонирования, при этом температурные изменения скорее прекратились.

Для более точного прогнозирования температуры, измеренная температура бетона в образцах с аналогичной возможностью тензодатчиков использовалась в качестве температуры бетона.

Тип цемента, использованный в данном исследовании и производимый German Deuna Co., представляет собой портландцемент (CEM,).

Характеристики образцов представлены в таблице 1. Используемые агрегаты во всех образцах крупнозернистые и кремнеземистые. Образец № 9 был помещен в холодную погоду (от −2 ° C до +1,84 ° C) после бетонирования и в процессе отверждения. Для образцов с соотношением вода / цемент 50% и № образца 9 (бетонирование в холодную погоду) на каждый килограмм цемента было использовано 30 мл пластификатора.


No образца. (%) Диаметр
(мм)
Высота
(мм)
Совокупность
(кг)

1 50 460 480 91,458
2 50 300 480 91,458
3 50 200 480 91.458
4 67 300 480 44
5 50 300 250 87.772
6 50 200 250 87,772
7 67 460 480 42,48
8 61 460 480 43,327
9 65 460 480 88
10 50 460 480 87.772

Измеренные изменения температуры во время отверждения образцов представлены на Рисунке 1.

3. Анализ данных и результаты
3.1. Многопараметрическая регрессия

В этом исследовании линейные и нелинейные регрессии использовались для разработки уравнений между конкретной температурой и входными переменными. Для подготовки уравнений применялась пошаговая процедура выбора переменных. Статистические параметры входных переменных представлены в таблице 2.


Переменная (%) Минимум Максимум Среднее значение Стандартное отклонение Количество данных

Время (час) 0,00 30,433 10,12 9,049 2340
Температура окружающей среды (° C) -2 22,48 15,496 6.142 2340
Соотношение вода / цемент (%) 50 67 58,62 7,36 2340
Общая масса (кг) 42,48 91,458 67,17 23,14 2340
Диаметр (мм) 200 460 396,68 96,57 2340
Высота (мм) 250 480 452.58 74,55 2340

При использовании математического метода наименьших квадратов взаимные корреляции времени (), температуры окружающей среды, отношения воды к цементу (), содержания заполнителя, высоты образца, и диаметр с температурой бетона были рассчитаны на 0,486, 0,704, 0,181, -0,617, 0,032 и 0,228, соответственно. Результаты показывают, что с повышением температуры окружающей среды и промежутком времени температура бетона повышается, а с увеличением содержания заполнителя температура бетона снижается.Влияние других параметров на температуру бетона незначительно.

Линейное уравнение между входными переменными и температурой бетона выглядит следующим образом:

Кроме того, нелинейное уравнение между параметрами выглядит следующим образом:

где и — время (), температура окружающей среды (° C), количество заполнителя (кг), соотношение воды и цемента, диаметр образца бетона (мм) и высота (мм), соответственно.

Распределение разницы между температурой бетона, предсказанной по (1) и (2), и фактическими определенными значениями показано на рисунках 2 и 3.Результаты показывают, что (2) может иметь значительную оценку температуры бетона во время отверждения для бетона, сделанного из CEM,.


3.2. Процедура искусственной нейронной сети

Среди существующих многочисленных парадигм нейронных сетей (NN), искусственные нейронные сети с прямой связью (FANN) являются наиболее популярными из-за их гибкости в структуре, хороших презентационных возможностей и большого количества доступных алгоритмов обучения [6 –8].

Базовая структура многоуровневой сетевой модели с прямой связью может состоять из одного входного слоя, одного или нескольких скрытых слоев и одного выходного слоя [9].

Обучение нейронной сети можно сделать более эффективным с помощью специальной предварительной обработки. В этой статье все входные и выходные параметры были предварительно обработаны путем нормализации входных и целевых значений; следовательно, на этапе предварительной обработки их среднее значение и стандартное отклонение равны 0 и 1 соответственно. Учтите следующее:

где — фактический параметр, среднее — это среднее значение фактических параметров, стандартное отклонение фактических параметров и нормализованный параметр [10].

В этой части исследования представлена ​​модель ИНС для прогнозирования температуры бетона во время отверждения.Многослойная сетевая модель с прямой связью была обучена с помощью алгоритма обучения BP (обратное распространение).

Были спроектированы разные нейронные сети, и наилучшие значения параметров были получены методом проб и ошибок. Однако основная цель — получить нейронную сеть с наименьшими размерами и наименьшими ошибками. Наиболее подходящие результаты были получены из выбранной сетевой модели, в которой гиперболический касательный сигмоид и линейные функции использовались в качестве функции активации для нейронов скрытого и выходного слоев.Согласно (1), выбранные переменные были определены как лучшие переменные для прогнозирования температуры бетона. Таким образом, переменные, которые использовались в качестве входных данных для ИНС для улучшения прогноза температуры бетона, перечислены в таблице 3.


Входные наборы Размер обучающего набора Размер тестового набора Размер набора для валидации

,, (),,,, 1404 468 468 5 6 6

: количество входных узлов,: количество узлов в первом скрытом слое и

.

Высокотемпературные и низкотемпературные свойства битума, модифицированного парафином FT

В данной статье представлены результаты экспериментального исследования влияния содержания « Fischer Tropsch-Paraffin » (Sasobit) на физические и реологические свойства битума, модифицированного Sasobit при различные рабочие температуры. Для этой цели в качестве основы выбирается битум с классом эффективности (PG) 58–22, а затем он модифицируется 1, 2, 2,5, 3 и 4 массовыми процентами парафина FT (Sasobit).Эффективность модифицированного битума при высоких, средних и низких температурах оценивается на основе испытаний Superpave в рамках программы стратегических исследований автомобильных дорог (SHRP). Результаты исследования показывают, что парафин FT улучшает характеристики битума при высоких температурах в дополнение к увеличению сопротивления смеси остаточной деформации. Несмотря на преимущества парафина FT в отношении характеристик битума при высоких температурах, он не оказывает значительного влияния на характеристики битума при промежуточных и низких температурах.Влияние содержания парафина FT на вязкость модифицированного битума также исследуют с использованием прибора вискозиметра Брукфилда. Результаты показывают, что увеличение содержания добавки снижает вязкость модифицированного битума. Это, в свою очередь, может снизить температуру перемешивания и уплотнения асфальтовых смесей.

1. Введение

Гибкое покрытие в течение срока службы всегда подвержено различным повреждениям, вызванным нагрузками и погодными условиями. Высокотемпературная колейность и низкотемпературное растрескивание являются примерами этих повреждений, образование которых, как известно, сильно зависит от характеристик битума в асфальтовых смесях [1].Характеристики битума при различных температурах могут быть связаны с его степенью проникновения; Высокий уровень проникновения битума означает, что это мягкий , что означает более высокое сопротивление растрескиванию при низких температурах и более высокую остаточную деформацию под нагрузкой при высоких температурах. С другой стороны, битум с низкой степенью пенетрации или битум твердый имеет меньшее низкотемпературное растрескивание, но большую стойкость к колейности [1, 2]. Это изменение может быть связано со сложным реологическим поведением битума при разных временах нагружения и температурах [3, 4].Известным решением для улучшения поведения асфальтовых смесей является улучшение свойств битума. Модификация битума синтетическими полимерами для улучшения его реологических свойств, увеличения когезии и температурной восприимчивости восходит к 1970-м годам [5–7].

Warm Mix Asphalt (WMA) — это асфальтовая смесь с более низкими характеристиками кратковременного старения по сравнению с Hot Mix Asphalt (HMA). Причина кроется в модификации битума добавками, которые снижают температуру, необходимую для операций с асфальтовой смесью, таких как укладка и уплотнение.Этот вариант имеет некоторые другие существенные преимущества перед HMA, включая меньшее потребление энергии для нагрева смеси и, следовательно, меньшее загрязнение воздуха в процессе нагрева. Согласно предыдущим исследованиям, WMA имеет следующие преимущества перед HMA [8–10]: (i) Снижение содержания загрязняющих веществ, особенно диоксида углерода (CO 2 ), до 30%. (Ii) Снижение температур смешивания и уплотнения асфальтовых смесей. в диапазоне от 20 ° C до 40 ° C. (iii) экономия топлива и энергии. (iv) улучшение операций по уплотнению.(v) Меньшее время задержки для строительных работ. (vi) Возможность транспортировки асфальтобетонных смесей на большие расстояния. (vii) Более легкое распределение асфальтобетонных смесей в холодных регионах. (viii) Более высокая прочность против приложенных нагрузок. (ix) Уменьшение количества битума старение. (x) Улучшение реологических свойств битума. Модификация битума обычно осуществляется путем введения в битум добавочного материала. Например, коммерческие воски используются в качестве улучшителей текучести в асфальтобетоне и мастичном асфальте [1].Существует множество форм парафинов, таких как синтетический цеолит (асфамин), пена WAM, парафин FT (Sasobit), которые можно добавлять для изменения характеристик битума для применения их в WMA [8–11]. Это исследование сосредоточено на влиянии добавки FT-Paraffin (Sasobit) в качестве коммерческого воска на физические и реологические свойства битума из WMA.

FT-Парафин образует гомогенный раствор с базовым битумом в процессе смешивания и значительно снижает вязкость битума. После кристаллизации FT-Parafin образует решетку, укрепляя структуру битума.Рекомендуемое процентное содержание FT-парафина составляет от 0,8 до 3 массовых процентов битума [9, 10].

2. Методики экспериментов
2.1. Материалы и подготовка проб
2.1.1. Битум (базовый битум)

Чтобы оценить влияние содержания FT-парафина на характеристики асфальтового цемента, битум проникающей способности 60–70, полученный на НПЗ Bandar-Abbas , Иран (с классом эффективности (PG) 58–22) используется как базовый битум. Свойства этого битума показаны в таблице 1.


Тест Метод Единица Результаты испытаний

Удельный вес (25 ° C) ASTM D70 гр / см 3 1,03
Температура вспышки (Кливленд) ASTM D92
°
C
308
Пенетрация (25 ° C) ASTM D5 dmm 62
Пластичность (25 ° C) ASTM D113 см 100
Температура размягчения ASTM D36
°
C
49
Кинематическая вязкость ( v ) при 120 ° C ASTM D2170 мм 2 / с 810
Кинематическая вязкость ( v ) при 135 ° C ASTM D2170 мм 2 / с 420
Кинематическая вязкость ( v ) при 150 ° C ASTM D2170 мм 2 / с 232
Индекс пенетрации (PI) a -1.12
Число проникающей вязкости (PVN) b −0,56

= [1952 — 500 log (Pen 25 ) — 20 SP] / [50 log (Pen 25 ) — SP — 120].
= [-6,387 + 1,195 log (Pen 25 ) + 1,5 log (Visco 135 )] / [0,79511 — 0,1858 log (Pen 25 )].
2.1.2. FT Paraffin Wax (Sasobit)

FT-Paraffin — это длинноцепочечный алифатический углеводород (длина цепей находится в диапазоне от 40 до 115 атомов углерода), который получают перегонкой каменноугольной смолы с использованием процесса Фишера-Тропша.При температурах ниже точки плавления он образует в связующем кристаллическую сетчатую структуру, которая, как сообщается, обеспечивает дополнительную стабильность [12].

Свойства парафина FT, использованного в данном исследовании, показаны в таблице 2.


Характеристики Стандарт Значение

Точка застывания ASTM D938 106 ° C
Пенетрация при 25 ° C ASTM D1321 <1 дмм
Пенетрация при 65 ° C ASTM D1321 6 дмм
Внешний вид Гранулы (диаметр = 1 мм)

2.2. Процедура смешивания

Как обсуждалось ранее, FT-парафин добавляют к базовому битуму в количествах 1, 2, 2,5, 3 и 4 массовых процента от основного битума при 130 ° C. При этой температуре смесь перемешивают в течение 20 минут с частотой 300 об / мин, используя смеситель модели Silverson с большими сдвиговыми усилиями. Физические свойства и термическая чувствительность модифицированного битума определяются путем расчета индексов индекса пенетрации (PI) и числа проницаемости вязкости (PVN).

2.3. Метод испытаний
2.3.1. Обычные испытания битума

Обычные испытания битума, такие как определение точки размягчения (ASTM D36) и степени пенетрации (ASTM D5), проводятся для определения характеристик базового битума и битума, модифицированного парафином FT. Кроме того, чтобы оценить влияние содержания FT-парафина на термочувствительность модифицированного битума, рассчитываются и изучаются PI и PVN битума.

Реологические свойства модифицированного битума при высоких и промежуточных температурах измеряются с помощью реометра динамического сдвига (DSR) (ASTM D7175), сопротивление ползучести битума при низких температурах измеряется с помощью реометра с изгибающейся балкой (BBR) (ASTM D6648). и вязкость битума оценивается с помощью ротационного вискозиметра Брукфилда (ASTM D4402).

Наконец, путем определения характеристик битума при различных температурах и их классификации в соответствии с системой классификации Superpave, определяются и сравниваются классы характеристик модифицированного битума.

2.3.2. Процедура старения

Кратковременное и долгосрочное лабораторное старение базового битума и модифицированного битума проводят с использованием теста прокатной тонкопленочной печи (RTFO) (ASTM D2872) и емкости для выдерживания под давлением (ASTM D6521) соответственно.

2.3.3. Испытание реометра динамического сдвига (DSR)

Высокие температуры
В этом исследовании реометр динамического сдвига (DSR) используется для базового битума и битума, модифицированного парафином FT до и после процесса старения RTFO на основе ASTM D7175 с использованием Bohlin DSR50 реометр. DSR выполняется при высоких температурах развертки (HT) от 46 до 82 ° C с постоянной частотой 10 рад / с. Основными вязкоупругими параметрами, которые определяются при этих температурах, являются комплексный модуль сдвига (), фазовый угол (), модуль накопления () и модуль потерь ().и связаны друг с другом через фазовый угол ( δ ), который представляет собой фазовый сдвиг между приложенным напряжением сдвига и откликами деформации сдвига во время испытания. Фазовый угол является мерой вязкоупругого баланса поведения материала как.

Промежуточные температуры
Жесткость битума при промежуточных температурах имеет большое значение для предотвращения усталостных трещин. Используя результаты динамического механического анализа, можно было бы исследовать усталостное поведение модифицированного битума.Параметр усталости выбирается для отражения энергии, рассеиваемой за цикл нагрузки, которую можно рассчитать как [13]. Спецификация предписывала соотношение, согласно которому снижение на 1,59 Гц соответствует улучшенному сопротивлению усталости.
В этом исследовании, чтобы оценить влияние содержания FT-парафина на характеристики битума при промежуточных температурах эксплуатации, испытание DSR (ASTM D7175) проводится на битуме, выдержанном с помощью PAV, в диапазоне температур 19–34 ° C при постоянная частота 1.59 Гц.

Низкие температуры
Чтобы оценить влияние содержания FT-парафина на характеристики модифицированного битума при низких температурах, компания по производству пушечных инструментов BBR (реометр изгибающейся балки) проводит испытание на сопротивление ползучести (ASTM D6648). модифицированный битум после процесса старения PAV.
В данном исследовании пучок битума (длина 127 мм, ширина 12,7 мм и толщина 6,35 мм) погружается в ванну с постоянной температурой при каждой температуре испытания (начиная с –24 ° C) на 60 мин.После подготовки образцов к прямоугольной балке на несколько секунд прикладывают нагрузку в мН, которая поддерживается с обоих концов полукругом из нержавеющей стали (102 мм друг от друга), и непрерывно измеряется отклонение центральной точки. Путем проведения этого испытания содержание скорости (-значения) ползучести и жесткости при ползучести (St) определяется для всех образцов в диапазоне температур от -6 до -24 ° C при тепловом интервале 6 ° C (ASTM-D6373). . Скорость ползучести (-значение) и жесткость ползучести (St) также исследуются при указанной температуре и различных временах нагружения (от 8 секунд до 240 секунд).

3. Результат и обсуждение
3.1. Влияние содержания парафина FT на температурную чувствительность

Влияние содержания парафина FT на физические свойства модифицированного битума можно увидеть в таблице 3.


Характеристика Тип битума
PG58-22 PG58-22 + PG58-22 + PG58-22 + PG58-22 + PG58-22 +
1% Sasobit 2% Sasobit 2 .5% Sasobit 3% Sasobit 4% Sasobit

Пенетрация (dmm) 62 56 51 49 48 42
Температура размягчения ( ° C) 49 50 52 57 59 72
Пластичность (см) > 100 > 100 98 95 89 58
Кинематическая вязкость ( v ) при 135 ° C 420 415 408 405 403 379
Индекс пенетрации (PI) −1 .12 −0,94 −0,64 0,65 0,73 2,7
Число проникающей вязкости (PVN) −0,56 −0,69 −0,9 −0,93 −0,97 −1,17

Согласно таблице 3, увеличение содержания FT-парафина приводит к снижению степени пенетрации и увеличению температуры размягчения модифицированного битума.Эта тенденция показывает увеличение индекса PI модифицированного битума при увеличении содержания FT-парафина таким образом, что модифицированный битум, содержащий 4% FT-Paraffin, имеет максимальный индекс PI. Кроме того, за счет увеличения содержания FT-парафина вязкость битума при 135 ° C снижается. Эта тенденция вызывает снижение индекса PVN. Более низкие значения PI и PVN указывают на более высокую температурную восприимчивость, а асфальтовые смеси, содержащие связующие с более низкой температурной восприимчивостью, должны быть более устойчивыми к растрескиванию и колейности.Обратная тенденция PI и PVN показывает, что текущие испытания битума, которые используются в качестве основы для расчета термической чувствительности битума, не могут быть подходящими критериями для оценки термической чувствительности битума, модифицированного парафином FT.

3.2. Влияние содержания парафина FT на вязкость

Вязкость битума при высокой температуре считается важным фактором, поскольку она представляет собой способность перекачивать битум через асфальтовый завод, покрывать заполнитель в асфальтобетонной смеси, а также укладывать и уплотнять смесь [ 14].Влияние содержания FT-парафина на вязкость битума оценивается с помощью вискозиметра Брукфилда (ASTM D7175) при 120 ° C, 135 ° C и 150 ° C, и графики изменения вязкости-температуры показаны для основы и FT- Битум модифицированный парафином.

Рисунок 1 демонстрирует, что при заданной температуре за счет увеличения содержания FT-парафина вязкость битума уменьшается. На рисунке 1 также показано, что вязкость всех модифицированных битумов при 135 ° C составляет менее 3000 мПа · с, а вязкости модифицированных битумов при этой температуре соответствуют требованиям ASTM D6373.Температура перемешивания и уплотнения асфальтовых смесей была определена в соответствии с графиком вязкость-температура, и это температура, при которой вязкость битума будет соответственно равняться

.

0 0 vote
Article Rating
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x