Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса. цель и задачи исследований 9
1.1. Применение монолитного бетона и железобетона для возведения зданий и сооружений во Вьетнаме 9
1.2. Особенности климата Вьетнама и его влияние на возведение монолитных бетонных и железобетонных конструкций 12
1.3. Проблема обеспечения подвижности бетонной смеси перед укладкой в опалубку при возведении монолитных конструкций 18
1.4. Выдерживания бетона в условиях жаркого влажного климата 25
1.4.1. Поведение бетона, выдерживаемого в среде с высокой температурой и низкой влажностью 26
1.4.2. Выдерживание бетона и уход за ним в условиях жаркого влажного климата 33
1.5. Цель и задачи исследований 37
ГЛАВА 2. Изменение удобоукладываемости бетонной смеси в условиях жаркого влажного климата 39
2.1. Зависимость начальной подвижности бетонной смеси от ее температуры 41
2.2 Изменение удобоукладываемости бетонной смеси в зависимости от условий, продолжительности транспортирования и параметров окружающей среды 47
2.2.1. Влияние температуры бетонной смеси и окружающей среды на ее подвижность 49
2.2.2. Изменение подвижности от продолжигеяьнс)статранспортирования 52
2.2.3. Изменение подвижности при транспортировании в различных условиях и транспортных средствах 53
2.3. Корректировка начальной подвижности бетонной смеси с учетом ее снижении за время транспортирования. 59
Выводы по 2-й главе 61
ГЛАВА 3. Физические процессы, протекающие в бетоне при выдерживании в условиях влажного жаркого климата 63
3.1. Температурные изменения в бетоне, выдержанном в условиях жаркого влажного климата 66
3.2. Влагопотеря монолитного бетона при выдерживании в условиях жаркого влажного климата 74
3.2.1. Потери влаги твердеющим бетоном в зависимости от температуры и относительной влажности среды 77
3.2.2. Потери влаги твердеющим бетоном в зависимости от его состава... 80
3.2.3. Потери влаги твердеющим бетоном в зависимости от условий выдерживания 81
3.3. Деформация монолитного бетона при выдерживании в условиях жаркого влажного климата 83
3.3.1. Зависимость деформаций твердеющего бетона в горизонтальном направлении от параметров окружающей среды 86
3.3.2. Зависимость деформаций в горизонтальном направлении от состава бетона 90
3.3.3. Особенность деформаций бетона, твердеющего в условиях жаркого влажного климата, в вертикальном направлении 91
3.3.4. Зависимость деформаций твердеющего бетона от условия выдерживания 94
Выводы по 3-й главе 97
ГЛАВА 4. Прочность бетона, выдержанного в условиях жаркого влажного климата 100
4.1. Влияние условий выдерживания на прочность бетона, твердеющего вусловиях жаркого влажного климата 101
4.2. Влияние уменьшения подвижности бетонной смеси в процессе транспортирования на прочность бетона, твердеющего в условиях жаркого влажного климата 111
4.3. Влияние условия выдерживания на формирование структуры бетона, твердеющего в условиях жаркого влажного климата 114
4.4. Определение рациональной продолжительности последующего хода за бетоном при выдерживании в комбинированных условиях 118
Выводы по 4-ой главе 126
ГЛАВА 5. Основные положения предложенной технологии устройства монолитных бетонных конструкций в условиях влажного жаркого климата и апробация в производственных условиях Вьетнама 128
5.1. Рекомендации по обеспечению требуемой подвижности бетонной смеси к моменту укладки в опалубку 128
5.1.1. Рекомендации по обеспечению требуемой подвижности бетонной смеси при приготовлении 128
5.1.2. Рекомендации по сохранению подвижности бетонной смеси в процессе транспортирования 128
5.2. Эффективная технология выдерживания бетона на ранней стадии его твердения в переменных температурно-влажностных условиях жарком влажном климата Вьетнама 130
5.3. Апробация разработанной технологии и расчет экономической эффективности 141
5.3.1. Апробация разработанной технолоїші возведения монолитньк железобетонных конструкций в произюдственных условиях Вьетнама 141
5.3.2. Экономическая эффективность применения разработанной технологии 143
Общие выводы 149
Список использованной литературы 152
Приложение 166
- Проблема обеспечения подвижности бетонной смеси перед укладкой в опалубку при возведении монолитных конструкций
- Изменение подвижности при транспортировании в различных условиях и транспортных средствах
- Деформация монолитного бетона при выдерживании в условиях жаркого влажного климата
- Определение рациональной продолжительности последующего хода за бетоном при выдерживании в комбинированных условиях
Введение к работе
Интенсивное развитие промышленности во Вьетнаме и необходимость создания населению нормальных жилищных условий потребовали увеличения объема строительства.
Учитывая условия Вьетнама и специфику его народного хозяйства, приоритетным материалом при строительстве является монолитный железобетон. И объемы его применения постоянно возрастают. Если в 1991 г. соотношение производства монолитного и сборного бетона находилось в пределах 55 на 45 %, то уже в 1999 г. на долю монолитного бетона и железобетона во Вьетнаме приходится 14,1 млн. м3, что составляет примерно 75% от общего объема применяемого бетона в год
Применяемые в настоящее время технологии и методы производства бетонных работ во Вьетнаме вызывают повышенную трудоемкость работ, большую продолжительность ухода за бетоном, увеличение стоимости работ, а подчас и снижение качества бетонных конструкций.
Уход за твердеющим бетоном в соответствии с действующими нормативными документами осуществляется в течение 4...6 суток с периодической поливкой водой, что вызывает ее непроизводительный расход.
В то же время, особенность климатических условий Вьетнама, а именно, широкий диапазон изменения температуры и влажности окружающей среды не только в течение года, но и в течение суток, высокая интенсивность солнечной энергии, существенным образом влияют на свойства бетонной смеси и формирование структуры твердеющего бетона.
В ряде выполненных во Вьетнаме работ изучались отдельные вопросы устройства монолитных бетонных конструкций в условиях жаркого влажного климата, связанные, главным образом, с формированием структуры и свойств твердеющего бетона.
Отсутствие системного анализа влияния всего комплекса основных технологических факторов и климатических параметров окружающей среды на свойства бетонной смеси и бетона не позволяет разработать рациональные
технологические параметры возведения монолитных конструкций в указанных условиях и дать аргументированные рекомендации эффективных технологий производства работ.
Учитывая постоянное увеличение объема возводимых монолитных конструкций, особую остроту приобретает разработка менее трудоемких и ресурсосберегающих технологий и методов возведения зданий и сооружений.
При этом следует уделить серьезное внимание сокращению продолжительности ухода за бетоном; исключению ухудшения его свойств и снижения качества конструкций.
Поэтому разработанная в диссертации проблема является актуальной.
Целью диссертационной работы явилась разработка рациональных параметров и условий транспортирования бетонной смеси и выдерживания бетона монолитных конструкций в переменных температурно-влажностных условиях на основе комплексных исследований влияния технологических и климатических факторов на подвижность бетонной смеси и свойства затвердевшего бетона.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
определено влияние условий транспортирования и основных параметров окружающей среды (температуры и относительной влажности) на изменение подвижности бетонной смеси;
изучено влияние основных параметров окружающей среды на физические процессы, протекающие в монолитном бетоне, выдержанном в условиях жаркого влажного климата;
установлено влияние основных параметров окружающей среды на формирование структуры и свойств бетона, выдержанного в условиях жаркого влажного климата;
разработаны рекомендации по обеспечению требуемой удобоуклады-ваемости бетонной смеси перед укладкой в опалубку;
разработана эффективная технология выдерживания свежеуложенно-
го монолитного бетона на ранней стадии его твердения в переменных темпе-ратурно-влажностных условиях Вьетнама. Научная новизна работы:
определено влияние технологических и климатических факторов на начальную подвижность бетонной смеси и изменение ее в процессе транспортирования и установлен коэффициент потери подвижности бетонной смеси;
комплексными исследованиями установлено влияние переменных температурно-влажностных условий жаркого влажного климата на формирование температуры бетона монолитных конструкций;
выявлена зависимость основных физических процессов, протекающих в бетоне монолитных конструкций на ранней стадии его твердения, от параметров окружающей среды;
установлены зависимости твердения бетона и нарастания его прочности от параметров окружающей среды и условий выдерживания;
определена оптимальная величина прочности бетона, позволяющая прекратить уход за твердеющим бетоном;
разработаны рекомендации по обеспечению требуемой удобоукла-дываемости бетонной смеси, приготавливаемой и транспортируемой в условиях жаркого влажного климата;
разработана эффективная технология выдерживания бетона монолитных конструкций, возводимых в переменных температурно-влажностных условиях среды, позволяющая сократить продолжительность ухода за бетоном с 4...6 суток до 1 ...2 суток.
Практическая ценность работы:
разработаны способы получения и сохранения до момента укладки в опалубку заданной подвижности бетонной смеси, приготавливаемой и транспортируемой в переменных температурно-влажностных условиях окружающей среды, без перерасхода цемента;
определены рациональные условия и параметра выдерживания бетона
монолитных конструкций на ранней стадии твердения, обеспечивающие повышение качества и долговечности материала за счет уменьшения усадочных деформаций в процессе дальнейшего твердения;
разработаны эффективные способы, рациональные параметры и условия выдерживания бетона монолитных конструкций, возводимых в переменных температурно-влажностных условиях окружающей среды, позволяющие сократить продолжительность ухода за бетоном, уменьшить трудозатраты и снизить стоимость производства работ;
произведена производственная апробация предложенной технологии, подтвердившая ее технологическую и экономическую эффективность.
Практическое внедрение: Разработанные рекомендации и технологии были применены при устройстве монолитных железобетонных конструкций перекрытия и покрытия объекта «Столовая и буфет» мотостроительного завода MABUCHI-MOTOR в городе Дананг, Вьетнам. Апробация предложенной технологии в производственных условиях показала ее эффективность как с технико-технологической, так и экономической точек зрения.
Апробация и публикация:
Основные положения работы были доложены и обсуждены на Юбилейной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Института строительства и архитектуры МГСУ в 2006 г.
В целом диссертационная работа докладывалась и обсуждалась на заседании кафедры «Технология строительного производства» Московского государственного строительного университета «4» апреля 2007 г.
Основные положения диссертационной работы опубликованы в двух печатных работах.
На защиту выносятся:
результаты исследований изменения подвижности бетонной смеси, приготавливаемой и транспортируемой в условиях жаркого влажного климата;
результаты исследований изменения температуры твердеющего бетона в зависимости от комплексного влияния температуры и влажности окру-
жающей среды;
результаты исследований влагопотерь и деформаций твердеющего бетона в зависимости от параметров окружающей среды, условий выдерживания и состава бетона.
результаты исследований нарастания прочности бетона, выдержанного в различных условиях массообмена с окружающей средой;
рекомендации по обеспечению требуемой удобоукладываемости бетонной смеси, приготавливаемой и транспортируемой в условиях жаркого влажного климата;
эффективная технология выдерживания свежеуложенного монолитного бетона на ранней стадии его твердения в переменных температурно-влажностных условиях климата Вьетнама;
Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, общих выводов, списка использованной литературы из 139 наименований и приложений. Она изложена на 179 страниц машинописного текста, содержит 43 рисунок и 21 таблиц.
Работа выполнена на кафедре "Технология строительного производства" Московского государственного строительного университета под руководством доцента, кандидата технических наук В. Д. Копыл ова, которому автор глубоко признателен за всестороннее руководство и бесценную помощь.
Автор выражает благодарность заведующему кафедрой профессору, доктору технических наук А.А. Афанасьеву и сотрудникам кафедры за помощь и поддержку в период работы над диссертацией.
Проблема обеспечения подвижности бетонной смеси перед укладкой в опалубку при возведении монолитных конструкций
В монолитном строительстве особое внимание уделяется, как правило, вопросам сохранения консистенции бетонной смеси в процессе транспортирования и предварительного выдерживания к моменту укладки в опалубку. Потеря подвижности требует дополнительных мер, связанных с укладкой и уплотнением смеси, что исключительно важно в условиях строительного производства. Кроме этого, потери удобоукладываемости бетонной смеси в процессе транспортирования могут приводить к ухудшению свойств бетона, снижению плотности, увеличению пористости и уменьшению прочности.
Проблему изменения удобоукладываемости бетонной смеси и ее сохранения в процессе транспортирования изучали: А.А. Афанасьев, Ю.М. Баженов, П.И. Барыкин, В.Д. Копылов, Е.И. Малинский, С.А. Миронов, А.Д. Осипов, Е.С. Темкин и другие [7, 8, 12,16, 59, 79, 83, 97, 98, 99]. В трудах ученых эксперименты в основном проведены в лабораторных условиях при воздействиях отдельных технологических и климатических параметров. Разработаны способы и методы сохранения удобоукладываемости бетонной смеси, такие как применение специальных добавок, транспортирование смесей с пониженной температурой, доставка смеси в автобетоносмесителях, перевозка сухих смесей и другие. Во многих работах особое место занимает вопрос зависимости реологических свойств смеси от ее состава и свойств используемых материалов.
По данным [7] реологические свойства бетонных смесей определяют ее поведение при различного рода деформациях, вызывающих смещение частиц или слоев с сохранением сплошности среды. При течении смесей деформации увеличиваются непрерывно и необратимо под действием постоянных сил. В том случае, когда материал течет только при касательных напряжениях, превышающих некоторый предел, называемый пределом пластичности, имеет место пластическое течение. При вязком течении проявляется внутренне трение за счет относительного и непрерывного перемещения слоев. При сдвиге слои перемещаются относительно друг друга с различной скоростью. Отношение скорости перемещения слоев к расстоянию между ними называют скоростью сдвига или градиентом скорости. Влияние динамических параметров воздействия на бетонные смеси показывает преимущественное влияние частоты и ускорения колебательного процесса. Более интенсивное изменение реологических свойств бетонной смеси наблюдается при динамическом нагружении, например при транспортировании.
Большое влияние на характер изменения подвижности бетонной смеси оказывает температурный фактор. Повышение температуры ускоряет процесс гидратации и тем самым увеличивается структурная вязкость смесей.
Автор [7] указывает, что на реологические свойства бетонной смеси и качество конечной продукции большое влияние оказывает технология доставки смеси от бетоносмесительного узла до потребителя. Изменение удобоукладываемости смеси, ее реологических свойств во многом зависит от условий транспортирования, транспортных средств, режимов движения, атмосферных явлений и других факторов.
Анализ изменения однородности бетонных смесей при перевозке самосвалами показал, что величина разброса прочности выше, чем тот же показатель для нетранспортируемых смесей. Среднеквадратичное отклонение по прочности колеблется в пределах 1,93...2% для нетранспортируемых смесей и 3,21...4% для перевозимых. С увеличением расстояния перевозки качество смесей претерпевает значительные изменения. По мнению автора, это вызвано несколькими технологическими факторами. Наиболее существенными являются дополнительные динамические нагрузки, вызванные неровностями дороги, воздействующие на бетонную смесь в виде колебаний со сдвигом. При перевозке автобетоносмесителями режим движения автотранспорта и качество дорожного покрытия существенно влияют на качество смесей. Причиной тому является характер динамического воздействия на подвижные бетонные смеси с угловыми вибрационными характеристиками.
Сохранение технологических и реологических характеристик смесей (предупреждение расслоения транспортируемых смесей) может быть достигнуто путем снижения уровня случайных колебаний подрессоренных масс машин, повышения устойчивости движения, обеспечения малых амплитуд градиента скорости деформирования смеси.
Согласно данным [11, 12] особенностью бетонной смеси является практически постоянное изменение ее свойств от начала приготовления до укладки в опалубку, что обусловливается сложными физико-химическими процессами, протекающими в бетонной смеси. Бетонная смесь представляет собой сложную многокомпонентную систему. Вследствие наличия сил взаимодействия между дисперсными частицами твердой фазы и воды эта система приобретает связанность и может рассматривать как единое физическое тело с определенными реологическими, физическими и механическими свойствами.
Авторами установлена зависимость удобоукладываемости бетонной смеси от ее состава и свойств используемых заполнителей и цемента. С уве личением содержания цементного теста при постоянном В/Ц или с уменьшением количества заполнителей подвижность бетонной смеси возрастает. Применение цемента с более высокой нормальной густотой понижает подвижность бетонной смеси (при постоянном расходе воды). С повышением содержания воды подвижность бетонной смеси увеличивается. Подвижность смеси зависит от крупности зерен заполнителей и соотношения между песком и щебнем.
По данным [12] подвижность бетонной смеси с течением времени постепенно уменьшается вследствие физико-химического взаимодействия цемента и воды. При любом методе транспортирования следует предохранять бетонную смесь от вибрирования и встряхивания, так как это может вызвать ее расслоение, особенно если она имеет пластичную консистенцию. Перевозка бетонной смеси автосамосвалами может производиться только на небольшое расстояние по ровным подъездным путям так, чтобы избежать расслоения бетонной смеси.
При температуре воздуха около 20С максимально допустимое расстояние транспортирования бетонной смеси определяется в зависимости от подвижности смеси и средства транспортирования. С увеличением подвижности смеси на 3...5 см допустимое расстояние перевозки сокращает на 5... 15 км при транспортировании автобетоновозом, на 5... 10 км - автосамосвалом. При этом, чем больше начальная подвижность смеси, тем меньше максимально допустимое расстояние транспортирования. Кроме того, транспортирование на дороге с жестким, бетонным или асфальтобетонным покрытием позволяет увеличить скорость движения на 2 раза (с 15 км до 30 км/час) и расстояние перевозки на 3...3,5 раз по сравнению с транспортированием на дороге с мягким грунтовым улучшенным покрытием.
Изменение подвижности при транспортировании в различных условиях и транспортных средствах
Однако боле благоприятные условия с точки зрения потери подвижности создаются при транспортировании смеси в автобетоносмесителях. А укрытие автосамосвалов влагоизоляционным материалом позволяет уменьшить потерю подвижности бетонной смеси 14 см ОК за 60 мин транспортирования при температуре среды 32...36С всего на 1 см (с 2 до 3 см).
Кроме того, следует иметь в виду, что транспортирование бетонной смеси с начальной подвижностью 6 см ОК при повышенных температурах среды в открытых автосамосвалах в течение 60 мин приводит к абсолютной потери подвижности.
На уменьшение подвижности бетонной смеси наряду с химическим и физическим связыванием воды, определенное влияние оказывают потери влаги вследствие испарения. Так, при транспортировании бетонной смеси в открытых автосамосвалах при температуре среды в пределах 32...36С теряется около 3% воды, введенной при затворении. При транспортировании смеси в закрытых автосамосвалах потери влаги практически исключаются. Кроме того, при транспортировании смеси в открытой емкости ее температура несколько выше таковой в закрытой емкости. Но потери подвижности при этом отличаются незначительно (0,5... 1 см), что находится в пределах точности измерения.
Технология доставки бетонной смеси от бетоносмесительного узла до объекта в условиях монолитного строительства оказывает большое влияние на технологические свойства смесей и качество конечной продукции. Изменение удобоукладываемости смеси, ее реологических свойств и однородности во многом зависит от условий транспортирования (емкости перевозки, открытого и закрытого условия, скорость движения, класс дорог), вида транспортных средств, климатических факторов и других параметров.
Имеет значение и разница изменения температуры смесей в процессе транспортирования. Бетонная смесь в закрытой емкости лучше сохраняет свою начальную температуру за счет меньшего тепло- и массообмена с окружающей средой. Но при этом подвижность смеси тоже интенсивно уменьшается, так как смесь подвергается резкому динамическому воздействию в процессе транспортирования автосамосвалом, которое приводит к повышению напряжения сдвига в смеси, уплотнению и расслоению смеси. Следствием этого является уменьшение подвижности смеси. Степень влияния динамического действия на изменения подвижности бетонной смеси несколько больше влияния температуры смеси (рис. 2.10, 2.11).
Бетонная смесь представляет собой сложную многокомпонентную систему с постоянно изменяемыми свойствами.
При транспортировании бетонной смеси автосамосвалом воздействие колебаний способствует уплотнению смесей и ее расслоению. Для более подвижных смесей этот процесс протекает наиболее интенсивно. Для малоподвижных смесей наблюдается временное приращение плотности бетона. При этом, в зоне контакта с основанием кузова имеет место формирования более плотной структуры. Верхние слои отличаются повышенным содержанием жидкой фазы и образованием на поверхности бетонной смеси свободной воды. Вследствие этого потери влаги смесью намного интенсивнее и превышают потери влаги у малоподвижных смесей.
При транспортировании бетонной смеси автосамасвалами с увеличением расстояния перевозки качество смесей претерпевает значительные изменения. Это вызвано несколькими технологическими факторами. Наиболее существенным является дополнительные динамические нагрузки, вызванные неровностями дороги. Рассматривая систему автомобиль - дорога - бетонная смесь, всякая неровность дороги является источником колебаний различной интенсивности. Движущийся автомобиль воспринимает неровный путь как кинематическое возмущение. В зависимости от состояния дороги оно может быть непрерывным или иметь характер отдельных выбросов. Неровный путь может быть описан случайной или детерминированной функцией. Большое значение имеет скорость движения. По мере ее увеличения влияние более длинных неровностей возрастает, а короткие неровности в значительной мере поглощаются. Транспортирование в автобетоносмесителях позволяет существенно уменьшать неблагоприятное влияние динамического воздействия на смесь, сохранить консистенцию и однородность бетонной смеси путем побуждения ее вращением барабана смесителя на малых оборотах в пути следования. Кроме этого, при транспортировании смеси автобетоносмесителем исключаются потери влаги и уменьшается массообмен бетоном с окружающей средой. Температура бетонной смеси при транспортировании автобетоносмесителем несколько меньше, чем при транспортировании автосамосвалом (табл. 2.2). Резюмируя изложенное и исходя из условия обеспечения заданных реологических свойств бетонной смеси, можно констатировать, что удобоук-ладываемость бетонной смеси зависит от многих факторов, главным из которых можно считать количество цементного теста. Его влияние на внутренее трение бетонной смеси и, следовательно, на ее подвижность определяется толщиной прослоек цементного теста между зернами заполнителя. Минимальной подвижностью при прочих равных условиях обладает бетонная смесь, в которой цементное тесто лишь заполняет пустоты заполнителя. С дальнейшим увеличением содержания цементного теста подвижность бетонной смеси возрастает.
Бетонная смесь, имеющая высокую начальную температуру и транспортируемая при повышенной температуре окружающей среды, быстро теряет подвижность. Причиной этого, по нашему мнению, являются следующие факторы. Первый - наличие массообмена между смесью и окружающей средой. Но потери влаги бетонной смесью невелики и несущественно влияют на изменение ее подвижности. Второй и главный - уменьшение водосодержания бетонной смеси в связи с укоренным химическим и физическим связыванием, вследствие интенсификации процессов гидратации, схватывания цемента и адсорбционного связывания воды.
Не применяя специальных мер обеспечить требуемую подвижность смеси в этих условиях можно только путем увеличения расхода воды и, соответственно, цемента. Однако, это помимо ухудшения экономических показателей, приведет к увеличению растягивающих напряжений в затвердевшем бетоне вследствие стремления его к усадке, возможности образования трещин, снижения несущей способности конструкций и долговечности.
Деформация монолитного бетона при выдерживании в условиях жаркого влажного климата
Существенное влияние на испарение влаги из бетона оказывают параметры окружающей среды. Чем выше температура среды и чем ниже ее влажность, тем интенсивнее происходит испарение. Действительно, при температуре среды в пределах 28...40С интенсивность испарения примерно в 2 раза выше, чем при температуре 18...30С. В среде с температурой 18...30С бетон с В/Ц = 0,6 и OK = 6 см за первые 12 часов выдерживания в открытом состоянии теряет около 37%) воды затворения, а выдержанный в среде с температурой 28...40С - около 50% воды, введенной при затво-рении.
Относительная влажность среды является одним из факторов, обусловливающих интенсивность и величину массоотдачи. По мере увеличения влажности среды потери влаги бетоном уменьшаются. Так, с увеличением относительной влажности среды с 40...65% до 65...85%) потери влаги из бетона с В/Ц = 0,6 и ОК = 6см, выдержанного в открытом состоянии в течение 12 часов, уменьшаются с 50,5%) до 23,7...29%) (табл. 3.3).
Анализ результатов экспериментов показывает, что влияние относительной влажности среды более ощутимо.
Действительно, относительная равновесная влажность бетона, обусловливающая интенсивность испарения влаги, зависит от поверхностной относительной влажности (и) и равновесной с окружающей средой (\/(0)-Причем, как и, так \/(t) не постоянны, зависят от ряда факторов и, в первую очередь, от разности температур между бетоном и окружающей средой, которая непрерывно изменяется.
Испарение влаги с поверхности материала создает перепад влагосо-держания между последующими слоями и поверхностным слоем, что вызывает обусловленное диффузией перемещение влаги из нижележащих слоев к поверхностным. Наличие температурного градиента внутри материала осложняет механизм переноса влаги. Под влиянием перепада температур на начальной стадии выдерживания температура поверхности больше температуры центральных слоев, влага стремится переместиться внутрь бетона (под влиянием термодиффузии влага перемещается по направлению потока тепла).
Однако в капиллярно-пористых телах, когда испарение происходит внутри тела, диффузионному потоку способствует диффузия скольжения, при которой перенос влаги направлен против потока тепла.
В простейшем случае испарение происходит на поверхности материала, а образующийся пар диффундирует в окружающую среду. В более сложных случаях испарение происходит внутри материала, в определенной его зоне или во всей массе материала, причем перемещение влаги внутри материала происходит как в виде жидкости, так и в виде пара. Скорость перемещения влаги внутри материала зависит от форм связи ее с материалом, поэтому процесс испарения является физико-химическим [6].
Необходимо отметить, что наличие диффузии скольжения в макрокапиллярах тела вызывает циркуляцию парообразной влаги в замкнутых порах, что приводит к перераспределению влаги, в результате чего влага частично перемещается от поверхностных слоев внутрь тела. Общий поток влаги внутри материала равен: где ат- коэффициент диффузии влаги; а.щ- коэффициент термодиффузии влаги; р0- плотность сухого скелета тела; К Vp- молярный перенос влаги под влиянием градиента давления; VM- градиент влажности; Vr- градиент температуры Учитывая преимущественное влияние на испарение влаги относительной влажности среды, следует отметить, что при влажности среды около 100% за первые 12 часов выдерживания в условиях свободного мас-сообмена теряется до 9% воды, а за 72 часа - до 26%. В то же время за первые 4 часа выдерживания удаляется не более 3% влаги. При уменьшении влажности среды, приведенные показатели несколько возрастают. Так, при относительной влажности среды в пределах 85% в те же сроки из бетона испаряется соответственно до 30%, 50% и 15% воды из введенной при затворении (табл. 3.3). 3.2.2. Потери влаги твердеющим бетоном в зависимости от его состава Определенное влияние на испарение влаги оказывает состав бетона, в частности, водоцементное отношение и удобоукладываемость. Так, увеличение В/Ц при постоянной подвижности и увеличение подвижности при постоянном В/Ц вызывают возрастание влагопотерь при всех исследованных условиях выдерживания (табл. 3.3). При увеличении В/Ц с 0,4 до 0,6 за 12 часов выдерживания из открытых образцов испаряется в зависимости от параметров среды и подвижности смеси на 20...40% больше влаги (рис 3.7). Аналогичная зависимость наблюдается и после 72 часов выдерживания.
Определение рациональной продолжительности последующего хода за бетоном при выдерживании в комбинированных условиях
Кроме этого, температура в бетоне, выдержанном в укрытом состоянии выше, чем в бетоне, выдержанном в открытом состоянии на 1...5С и она держится на довольно высоком уровне и изменяется более умеренным темпом, чем температура среды. В бетоне, выдержанном в укрытом состоянии тепло лучше сохраняется и интенсифицирует процесс гидратации цемента.
Выдерживание бетона в комбинированных условиях (первые 4 часа в открытом состоянии, затем в укрытом) в среде с температурой 18...25С и относительной влажностью 85...100% обеспечит достижение 103...104% от R.28 (табл. 4.2, 4.3). Это значит, что при таких параметрах среды удаление из бетона на ранней стадии выдерживания до 10% воды не оказывает отрицательного влияния на формирование структуры и свойств затвердевшего бетона.
Выдерживание бетона в комбинированных условиях (первые 4 часа в условиях свободного массообмена, затем - исключенного массообмена) при высокой температуре среды и низкой влажности может привести к снижению прочности. Однако даже в самых неблагоприятных условиях оно не превышает 15% от R28 (табл. 4.1,4.2).
Следует отметить, что прочность бетона, выдержанного в комбинированных условиях значительно больше, чем прочность бетона, выдержанного в условиях свободного массообмена с окружающей средой на 11, 41, 13 и 40%), соответственно, при следующих параметрах среды tcp=18...25C, Wcp=65...85%; tcp=18...30C, Wcp=40...65%; tcp=28...35C, Wcp=65...85%; tcp=28...40C, Wcp=40...65% для бетона с В/Ц = 0,6 (табл. 4.1) и на 16, 33, 10 и 42% для бетона с В/Ц = 0,4 (табл. 4.2).
Полученные экспериментальные данные (табл. 4.1, 4.2, 4.3) свидетельствуют о том, что нарастание прочности бетона, выдержанного в комбинированных условиях находится в определенной зависимости от параметров среды.
Чем выше относительная влажность среды, тем больше прочность, достигнутая бетоном при выдерживании в комбинированных условиях. Так, с повышением влажности среды с 40...65% до 65...85% при температуре 18С...30С прочность бетона увеличивается с 93% до 95% от R28 для бетона с В/Ц = 0,6 и 92%) до 94%о от R28 для бетона с В/Ц = 0,4. При температуре среды 28С...40С - с 87% до 97% от R28 для бетона с В/Ц = 0,6 и с 85% до 93% от R28 бетона с В/Ц = 0,4. При одинаковой относительной влажности прочность бетона увеличивается по мере повышения температуры среды (табл. 4.3).
Эти зависимости могут служить основанием для установления продолжительности выдерживания бетона в открытом состоянии в зависимости от конкретных параметров окружающей среды и его состава.
В целях уменьшения усадочных деформаций при последующем твердении и исключения опасности образования трещин при одновременном обеспечении достаточного водосодержания для нормальной последующей гидратации цемента и нарастания прочности бетона целесообразно первые 1...2 часа выдерживать бетон в условиях свободного массообмена с окружающей средой, а затем - в условиях исключенного массообмена. 4.2. Влияние уменьшения подвижности бетонной смеси в процессе транспортирования на прочность бетона, твердеющего в условиях жаркого влажного климата
Качество бетона монолитных конструкций во многом определяется реологическими характеристиками бетонной смеси, в частности, требуемой подвижностью в момент укладки в опалубку.
С целью выявления влияния уменьшения подвижности бетонной смеси в процессе транспортирования на прочности бетона нами были проведены соответствующие исследования. Бетонную смесь с водоцементным отношением 0,6 и начальной подвижностью OK = 6 см транспортировали в открытых автосамосвалах и автобетоносмесителях в различных температурно-влажностных условиях среды: tcp = 28...35С, Wcp = 65...85%) и tcp = 28.. ,40С, Wcp = 40...65%). Начальная температура смеси составляла в пределах 30...31 С. Образцы - кубы с ребром 10 см для определения прочности изготавливали из бетонной смеси через 30 и 60 мин транспортирования. Прочность на сжатие бетона определили в 28-суточном возрасте.
Образцы выдерживали в разных условиях: в условиях свободного мас-сообмена с окружающей средой (в открытом состоянии); в условиях исключенного массообмена с окружающей средой (неопалубленные поверхности укрывали полиэтиленовой пленкой); в комбинированных условиях: в течение 1-х часа (в среде с tcp = 28...40С, Wcp = 40...65%) и 2-х часов (в среде tcp = 28...35С, Wcp = 65...85%) без укрытия неопалубленных поверхностей, затем с укрытием полиэтиленовой пленкой.
До транспортирования из свежеприготовленной бетонной смеси приготавливали контрольные образцы и выдерживали их в нормальных условиях с Т = 20С ± 3; W = 95% ± 5 для определения прочность на сжатие в 28-суточном возрасте.
Результаты экспериментов показали, что подвижность смеси до укладки в конструкцию ощутимо влияет на набор прочности бетона. Так, прочность бетона приготовленного из смеси после 30 мин транспортирования в автосамосвалах (OK = 1...2,5 см) в 28 суточном возрасте достигает 100... 101 % от R28 при выдерживаниив условиях исключенного массообмена с окружающей средой и 103... 104% от 1 при выдерживании в комбинированных условиях. При транспортировании в автобетоносмесителях приведенные показатели составляют соответственно 102...103%) и 105...108% от R28 (табл. 4.4).
В то же время бетоны, приготовленные из смесей после 60 мин транспортирования, не достигают марочной прочности при всех условиях выдерживания. Особенно в результате уменьшения до нуля подвижность после 60 мин транспортирования в автосамосвалах прочность уменьшается на 11...46%) от R.28. Причем, недобор прочности бетонов, выдержанных в укрытом состоянии, составляет 13... 18%; выдержанных в открытом состоянии -39...46%; выдержанных в комбинированных условиях - 11...13%). При транспортировании смеси в автобетоносмесителах в течение того же времени недобор прочности бетонов, выдержанных в комбинированных условиях в 28 суточном возрасте уменьшается до 4...5% от 1 (табл. 4.4).
