Теплофизическая характеристика бетона при высоких температурах

Обновлено: 27.03.2024

Коэффициент линейного расширения бетона связан с характеристиками теплопроводности и теплоемкости. Он определяет изменение линейного размера материала при воздействии на него высокой или низкой температуры. При строительстве домов с применением бетонирования производят расчеты с учетом удельной теплоемкости.

Коэффициент расширения бетона равен 0,00001*градусы по Цельсию в минус первой степени. Если температура изменяется в пределах от -40ºС до +40ºС, то расширение бетона может достигать 0,8 мм/м. Для снижения риска растрескивания поверхность разделяют температурно-усадочными швами.

Теплоемкость

Под теплоемкостью бетона понимают количество тепла, которое необходимо передать материалу для изменения его температуры на одну единицу. Размер бетона, изменяющийся под воздействием температуры, называют коэффициентом температурного расширения.

Теплопроводность

Теплопроводность – одна из важнейших теплофизических характеристик. Высокая теплопроводность тяжелого бетона является его недостатком. Панели для наружных стен производят из тяжелого материала с включением внутреннего слоя утеплителя.

Раствор и крупный заполнитель в составе материала различаются коэффициентом температурного расширения. При изменении температурного режима они деформируются по-разному. В случае существенных колебаний может возникнуть внутреннее растрескивание бетона из-за разного теплового расширения раствора и крупного заполнителя. Трещины образуются на поверхности заполнителя, в растворе и в слабых зернах заполнителя.

Если подобрать состав правильно, с коэффициентами температурного расширения, близкими по значению, то можно избежать растрескивания.

Бетоны с высоким коэффициентом теплового расширения менее устойчивы к температурным изменениям, чем смеси с меньшим значением. При этом данный коэффициент не является характеристикой долговечности материала, который подвергается быстрым и частым изменениям температуры. Быстрое изменение температурного режима может стать причиной разрушения.

Андрей Васильев

  • Строитель с 20-летним стажем
  • Эксперт завода «Молодой Ударник»

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.

Это группа свойств, которые характеризуют отношение материала к постоянному или периодическому тепловому воздействию.

Теплоемкость – свойство материала аккумулировать теплоту при нагревании и отдавать при охлаждении. Удельная теплоемкость с (кДж/(кг·°С)) характеризуется количеством тепла, кДж, необходимым для нагревания 1 кг материала на 1°С:


Вода имеет высокую теплоемкость (4,2 кДж/(кг·°С)), строительные материалы более низкие величины: лесные материалы 2,39…2,72 кДж/(кг·°С), каменные 0,75…0,92 кДж/(кг·°С), сталь 0,48 кДж/(кг·°С), поэтому с увлажнением материалов их теплоемкость увеличивается.

Теплопроводность – свойство материала передавать теплоту через свою толщу от одной поверхности к другой при перепаде температур на противоположных поверхностях материала.

Теплопроводность оценивают коэффициентом теплопроводности λ (Вт/(м·°С)), который характеризуется количеством теплоты (Q), проходящим через материал площадью S=1 м 2 , толщиной a=1 м, в течении одной секунды (τ), при разности температур на противоположных поверхностях в Δt=1°С:


Теплопроводность материала зависит от его химического состава, строения и структуры, степени влажности, характера и размера пор, а также температуры, при которой происходит передача тепла.


Рис. 1.22. Прибор ИТП-МГ4 для определения коэффициента теплопроводности

Тепловой поток проходит через «каркас» материала и поры. Каркас материала кристаллического строения более теплопроводен, чем каркас материала из того же состава, но аморфного строения.

В сухом состоянии поры материала заполнены воздухом, теплопроводность которого составляет 0,0232 Вт/(м·°С). Поэтому малотеплопроводные материалы имеют большую (до 90…95%) пористость. При одинаковой величине пористости, мелкопористые материалы и материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем крупнопористые и материалы с сообщающимися порами. Это связано с тем, что в крупных и сообщающихся порах усиливается перенос тепла конвекцией.

Теплопроводность является функцией средней плотности строительного материала:


Приближенно коэффициент теплопроводности таких материалов как бетон, природный камень, полнотелый кирпич, можно определить по формуле В.П. Некрасова:


Теплопроводность некоторых строительных материалов: пенопласт – 0,03…0,05 Вт/(м·°С); минеральная вата – 0,06…0,09 Вт/(м·°С); древесина – 0,18…0,36 Вт/(м·°С); кирпич керамический полнотелый – 0,8…0,9 Вт/(м·°С); кирпич керамический пустотелый – 0,3…0,5 Вт/(м·°С); бетон тяжелый – 1,3…1,5 Вт/(м·°С); ячеистый бетон – 0,1…0,3 Вт/(м·°С); сталь – 58 Вт/(м·°С).

С увеличением влажности материала теплопроводность возрастает, т.к. вода, заполняющая поры, имеет теплопроводность 0,58 Вт/(м·°С), что в 25 раз выше теплопроводности воздуха. Еще в большей степени возрастает теплопроводность при замерзании воды в порах, т.к. теплопроводность льда составляет 2,32 Вт/(м·°С), что в 100 раз больше теплопроводности воздуха.

Сопротивление теплопередаче (термическое сопротивление) – свойство строительной конструкции сопротивляться проникновению сквозь свою толщу теплового потока.

Условное приведенное сопротивление теплопередаче однородного фрагмента ограждающей конструкции:


αв=8,7 коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м 2 × о С) (см. табл. 4 СП 50.13330.2012);

αн =23 коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м 2 × о С) (см. табл. 6 СП 50.13330.2012);

δ i – толщина каждого слоя стены, м;

λi – коэффициент теплопроводности каждого слоя стены, Вт/(м× о С).

Расчет выполняется из условия:


Тепловое расширение – свойство материала изменять линейные размеры при нагревании. Характеризуется коэффициентом линейного температурного расширения:


Термическая стойкость – способность материала выдерживать чередование резких тепловых изменений. Зависит от однородности материала и коэффициента линейного температурного расширения (КЛТР). Чем меньше КЛТР и выше однородность материала, тем выше его термическая стойкость.

Огнеупорность – способность материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не деформируясь и не расплавляясь. Материалы, которые выдерживают температуру свыше 1580°С называют огнеупорными, от 1350°С до 1580°С – тугоплавкими, ниже 1350°С – легкоплавкими, до 1000°С – жаропрочными.




Показатели пожарной опасности строительных материалов нормируются в соответствии с Федеральным законом от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (с изменениями на 13.07.2014 г.).

Пожарная опасность строительных материалов характеризуется следующими свойствами:

Горючесть – определяется экспериментально по показателям: температура дымовых газов; продолжительность самостоятельного горения; степень повреждения образца по длине и по массе (табл. 1.2):

Материал относится к негорючим, если при стандартном испытании прирост температуры в установке не превышает 50°С, образец не воспламеняется в течение 10 с, а потеря массы образца не превышает 5%. Для негорючих строительных материалов другие показатели пожарной опасности не определяются и не нормируются. Если эти условия не выполняются, материал считают горючим и подвергают испытанию для определения группы горючести (табл. 1.2).

Группы горючести строительных материалов

Воспламеняемость(определяется экспериментально по величине критической поверхностной плотности теплового потока, кВт/м 2 ):

· В1 – трудновоспламеняемые (>35);

· В2 – умеренновоспламеняемые (20…35);

Способность распространения пламени по поверхности(определяется экспериментально по величине критической поверхностной плотности теплового потока, кВт/м 2 ):

· РП1 – нераспространяющие (>11);

· РП2 – слабораспространяющие (8…11);

· РП3 – умереннораспространяющие (5…8);

· РП 4 – сильнораспространяющие (<5).

Дымообразующая способность(определяется экспериментально по значению коэффициента дымообразования, характеризующего оптическую плотность дыма, образующегося при горении или тлении определенного количества материала в условиях специальных испытаний, м 2 /кг):

· Д1 – с малой дымообразующей способностью (<50);

· Д2 – с умеренной дымообразующей способностью (50…500);

· Д3 – с высокой дымообразующей способностью (>500).

Токсичность продуктов горения(определяется экспериментально по значению показателя токсичности продуктов горения – отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50% подопытных животных, г/м 3 ):

Классификация строительных материалов по токсичности продуктов горения

Показатель токсичности продуктов горения в зависимости от времени экспозиции

На основании приведенных показателей пожарной опасности строительных материалов устанавливается интегральный показатель – класс пожарной опасности строительного материала (таблица 1.4).

Классы пожарной опасности строительных материалов

Свойства пожарной опасности строительных материалов

Классы пожарной опасности строительных материалов в зависимости от групп

Строительные конструкции классифицируются по огнестойкости и пожарной опасности.

Огнестойкость – свойство строительной конструкции сопротивляться действию огня при пожаре до наступления одного или нескольких предельных состояний.

Численной характеристикой огнестойкости является предел огнестойкости (мин, не менее):15; 30; 45; 60; 90; 120; 150; 180; 240; 360, который характеризует время с момента начала теплового воздействия на конструкцию до наступления одного или нескольких предельных состояний:

R – по потере несущей способности (обрушение несущей конструкции);

E – по потере целостности конструкции (появление в ограждающей конструкции трещин, через которые дымовые газы могут проникнуть на пути эвакуации или в помещение, где находятся люди);

I – по потере теплоизолирующей способности (нагрев поверхности конструкции свыше установленных пределов).

По сути, предел огнестойкости характеризует время, доступное для безопасной эвакуации людей из здания в случае пожара.

Пожарная опасность строительной конструкции характеризует степень участия строительных конструкций в развитии пожара и их способность к образованию опасных факторов пожара (таблица 1.5):

Помимо прочности к основным свойствам принять относить деформативность, морозостойкость и теплофизические свойства, которые во многом зависят от пористости и способности бетона поглощать воду в период эксплуатации.

К деформативным свойствам, как мы уже знаем, относят модуль упругости, модуль деформаций, модуль Пуассона и пр. Начальный модуль упругости зависит от пористости и прочности и составляет для тяжелых бетонов (2,2….3,5) . 104 МПа. У ячеистых бетонов – 1 . 104. Важными для бетонов являются деформации бетона, возникающие при усадке бетона и его ползучести

Ползучесть — склонность бетона к росту пластических деформаций при длительном действии статической нагрузки. Ползучесть бетона также связана с пластическими свойствами цементного геля и микро-трещинообразованием. Она носит затухающий во времени характер. Абсолютные значения ползучести зависят от многих факторов. Особенно активно ползучесть развивается, если бетон нагружается в раннем возрасте. Ползучесть можно оценивать двояко: как положительный процесс, помогающий снижать напряжения, возникающие от термических и усадочных процессов, и как отрицательное явление, например, снижающее эффект от предварительного напряжения арматуры.

Усадка — процесс сокращения размеров бетонных элементов при их нахождении в воздушно-сухих условиях. Основная причина усадки — сжатие гелевой составляющей при потере воды. Усадка бетона тем выше, чем больше объем цементного теста в бетоне. В среднем усадка тяжелого бетона составляет 0,3. 0,4 мм/м.

Вследствие усадки бетона в бетонных и железобетонных конструкциях могут возникнуть большие усадочные напряжения, поэтому элементы большой протяженности разрезают усадочными швами во избежание появления трещин. При усадке бетона 0,3 мм/м в конструкции длиной 30 м общая усадка составит 10 мм. Усадочные трещины в бетоне на контакте с заполнителем и в самом цементном камне могут снизить морозостойкость и послужить очагами коррозии бетона.

Пористость. Как это ни покажется странным, такой плотный материал, как бетон имеет заметную пористость. Причина ее возникновения, как, это уже не раз говорилось, кроется в избыточном количестве воды затворения. Бетонная смесь после правильной укладки представляет собой плотное тело. При твердении часть воды химически связывается минералами цементного клинкера (для портландцемента около 0,2 от массы цемента), а оставшаяся часть постепенно испаряется, оставляя после себя поры.

Общая пористость, включающая микропоры геля и капиллярные поры (объем вовлеченного воздуха мы не рассматриваем).

Водопоглощение и проницаемость. Благодаря капиллярно-пористому строению бетон может поглощать влагу как при контакте с ней, так и непосредственно из воздуха. Гигроскопическое влагопоглощение у тяжелого бетона незначительно, но у легких бетонов (а в особенности у ячеистых) может достигать соответственно 7. 8 и 20. 25 %.

Водопоглощение характеризует способность бетона впитывать влагу в капельно-жидком состоянии; оно зависит, главным образом, от характера пор. Водопоглощение, как мы уже знаем, тем больше, чем больше в бетоне капиллярных сообщающихся между собой пор. Максимальное водопоглощение тяжелых бетонов на плотных заполнителях достигает 4. 8 % по массе (10. 20 % по объему). У легких и ячеистых бетонов этот показатель значительно выше.

Большое водопоглощение отрицательно сказывается на морозостойкости бетона и его теплозащитных свойствах. Для уменьшения водопоглощения прибегают к гцдрофобизации бетона, а также к устройству паро- и гидроизоляции конструкций.

Водопроницаемость бетона определяется в основном проницаемостью цементного камня и контактной зоны «цементный камень — заполнитель»; кроме того, путями фильтрации жидкости через бетон могут быть микротрещины в цементном камне и дефекты сцепления арматуры с бетоном. Высокая водопроницаемость бетона может привести его к быстрому разрушению из-за коррозии цементного камня.

Для снижения водопроницаемости необходимо применять заполнители надлежащего качества (с чистой поверхностью), а также использовать специальные уплотняющие добавки (жидкое стекло, хлорное железо) или расширяющиеся цементы. Последние используются для устройства бетонной гидроизоляции.

По водонепроницаемости бетон делят на марки W0,2; W0,4; W0,6; W0,8 и Wl,2. Марка обозначает давление воды (МПА), при котором образец-цилиндр высотой 15 см не пропускает воду при стандартных испытаниях.

Морозостойкость — главный показатель, определяющий долговечность бетонных конструкций в нашем климате. Морозостойкость бетона оценивается путем попеременного замораживания при минус (18 ± 2)° С и оттаивания в воде при (18 ± 2)° С предварительно насыщенных водой образцов испытуемого бетона. Продолжительность одного цикла - 5. 10 ч в зависимости от размера образцов.

За марку по морозостойкости принимают наибольшее число циклов «замораживания - оттаивания», которое образцы выдерживают без снижения прочности на сжатие более 5% по сравнению с прочностью контрольных образцов в начале испытаний. Установлены следующие марки бетона по морозостойкости: F25; F35; F50; F75; F100. F1000. Стандартом разрешается применять ускоренные методы испытаний в растворе соли или глубоким замораживанием до минус (50 ± 5)° С.

Причиной разрушения бетона в рассматриваемых условиях является капиллярная пористость. Вода по капиллярам попадает внутрь бетона и, замерзая там, постепенно разрушает его структуру. Установлена зависимость марки по морозостойкости бетона от величины капиллярной пористости. Так, согласно этой зависимости бетон, пористость которого мы рассчитывали выше, должен иметь морозостойкость F150. F200.

Для получения бетонов высокой морозостойкости необходимо добиваться минимальной капиллярной пористости (не выше 6,5. 6 %). Это возможно путем снижения содержания воды в бетонной смеси, что, в свою очередь, возможно путем использования:

• жестких бетонных смесей, интенсивно-уплотняемых при укладке;

• пластифицирующих добавок, повышающих удобоукладываемость бетон-ных смесей без добавления воды. Есть еще один путь повышения морозостойкости бетона - гидрофобизация (объемная или поверхностная); в этом случае снижается водопоглощение бетона и соответственно повышается его морозостойкость.

Теплофизические свойства. Из них важнейшими являются теплопроводность, теплоемкость и температурные деформации.

Теплопроводность тяжелого бетона даже в воздушно-сухом состоянии велика — около 1,2. 1,5 Вт/(м • К), т. е. в 1,5. 2 раза выше, чем у кирпича. Поэтому использовать тяжелый бетон в ограждающих конструкциях можно только совместно с эффективной теплоизоляцией. Легкие бетоны, в особенности ячеистые, имеют невысокую теплопроводность 0,1. 0,5 Вт/(м • К), и их применение в ограждающих конструкциях предпочтительнее.

Теплоемкость тяжелого бетона, как и других каменных материалов, находится в пределах 0,75. 0,92Дж/(кг • К); в среднем — 0,84 Дж/(кг • К).

Температурные деформации. Температурный коэффициент линейного расширения тяжелого бетона (10. 12)•10-6К-1. Это значит, что при увеличении температуры бетона на 50°С расширение составит примерно 0,5 мм/м. Поэтому во избежание растрескивания сооружения большой протяженности разрезают температурными швами.

Большие колебания температуры могут вызвать внутреннее растрескивание бетона из-за различного теплового расширения крупного заполнителя и цементного камня.

Легкие бетоны

Существенный недостаток обычного тяжелого бетона — большая плотность (2400. 2500 кг/м3). Снижая плотность бетона, строители достигают как минимум двух положительных результатов:

• снижается масса строительных конструкций;

• повышаются их теплоизоляционные свойства.

Легкие бетоны бетоны с плотностью менее 1800 кг/м3 - универсальный материал для ограждающих и несущих конструкций жилых и промышленных зданий. Из них изготовляют большинство стеновых панелей и блоков, плит кровельных покрытий и камней для укладки стен. Термин «легкие бетоны» объединяет большую группу различных по составу, структуре и свойствам бетонов.

По назначению легкие бетоны подразделяют на:

• конструкционные (класс прочности - В7,5. В35; плотность - 400. 1800кг/м3);

• конструкционно-теплоизоляционные (класс прочности не менее ВЗ,0, плотность - 600. 1400 кг/м3);

• теплоизоляционные - особо легкие (плотность < 600 кг/м3).

По строению и способу получения пористой структуры легкие бетоны подразделяют на следующие виды:

•бетоны слитного строения на пористых заполнителях;

• ячеистые бетоны, в составе которых нет ни крупного, ни мелкого заполнителя, а их роль выполняют мелкие сферические поры (ячейки);

• крупнопористые, в которых отсутствует мелкий заполнитель, в результате чего между частицами крупного заполнителя образуются пустоты.

Легкие бетоны на пористых заполнителях — наиболее распространенный вид легких бетонов. Свидетельства их применения известны еще в Древнем Риме. Для получения легких бетонов тогда использовали природный заполнитель — пемзу и туф, а также бой керамики и даже пустые глиняные сосуды. В настоящее время эти заполнители также используют как местный материал.

Широкое развитие легкие бетоны получили во второй половине XX в., когда началось массовое производство искусственных пористых заполнителей: керамзита, аглопорита, шлаковой пемзы и др.

Особенности технологии легких бетонов связаны со спецификой пористых заполнителей: их плотность меньше плотности воды, поверхность частиц шероховатая и они активно поглощают воду.

Низкая плотность не позволяет эффективно использовать традиционные бетоносмесители «свободного падения», в которых перемешивание интенсифицируется за счет падения тяжелых зерен заполнителя. Шероховатая поверхность также затрудняет перемешивание. Поэтому для приготовления легкобетонных смесей желательно использовать смесители принудительного перемешивания.

При вибрировании легких бетонов расслоение смеси имеет обратный характер в сравнении с тяжелым. Вверх всплывают легкие зерна заполнителя, а вниз опускается цементное тесто.

Твердение цемента в легких бетонах происходит в более благоприятных условиях, чем в тяжелом бетоне, так как заполнитель, поглотивший воду во время приготовления смеси, служит как бы аккумулятором воды, обеспечивающим влажное твердение бетона в длительные сроки.

Структура и свойства легких бетонов. Пористые заполнители имеют шероховатую поверхность, поэтому сцепление цементного камня с заполнителем не является слабым звеном легких бетонов. Этому способствует также химическая активность вещества заполнителей, содержащих аморфный SiO2, способный взаимодействовать с Са(ОН)2 цементного камня. Плотность и прочность контактной зоны «цементный камень — пористый заполнитель» объясняют парадоксально высокую водонепроницаемость и прочность легких бетонов на пористых заполнителях.

Морозостойкость легких бетонов при их пористой структуре довольно высокая. Рядовые легкие бетоны имеют морозостойкость в пределах F25. F100. Для специальных целей могут быть получены легкие бетоны с морозостойкостью F200, F300 и F400.

Водонепроницаемость у легких бетонов высокая и увеличивающаяся по мере твердения бетона за счет уплотнения контактной зоны «цементный камень — заполнитель», являющейся самым уязвимым местом для проникновения воды в обычном бетоне. Установлены следующие марки легких бетонов по водонепроницаемости: W0,2; W0,4; W0,6; W0,8; W1; W1,2 (давление воды, МПа, не вызывающее Фильтрации при стандартных испытаниях).

Ячеистые бетоны

Ячеистые бетоны на 60. 85 % по объему состоят из замкнутых пор (ячеек) размером 0,2. 2 мм. Ячеистые бетоны получают при затвердевании насыщенной газовыми пузырьками смеси вяжущего, кремнезимистого компонента и воды. Благодаря высокопористой структуре средняя плотность ячеистого бетона невелика - 300. 1200 кг/м3; он имеет низкую теплопроводность при достаточной прочности. Бетоны с желаемыми характеристиками (плотностью, прочностью и теплопроводностью) сравнительно легко можно получать, регулируя их пористость в процессе изготовления.

Состав и технология ячеистых бетонов. Вяжущим в ячеистых бетонах может служит портландцемент (или известь) с кремнеземистым компонентом. При применении известково-кремнеземистых вяжущих получаемые бетоны называют газо- и пеносиликаты.

Кремнеземистый компонент — молотый кварцевый песок, гранулированные доменные шлаки, зола ТЭС и др. Кремнеземистый компонент снижает расход вяжущего и уменьшает усадку бетона. Применение побочных продуктов промышленности (шлаков и зол) для этих целей экономически выгодно и экологически целесообразно.

Соотношение между кремнеземистым компонентом и вяжущим устанавливается опытным путем.

Для получения ячеистых бетонов используют как естественное твердение вяжущего, так и активизацию твердения с помощью пропа-ривания (t = 85. 90°С) и автоклавной обработки (t = 175° С). Лучшее качество имеют бетоны, прошедшие автоклавную обработку. В случае применения извести в составе вяжущего автоклавная обработка обязательна.

По способу образования пористой структуры (методу вспучивания вяжущего) различают: газобетоны и газосиликаты; пенобетоны и пеносиликаты.

Газобетон и газосиликат получают, вспучивая тесто вяжущего газом, выделяющимся при химической реакции между веществом-газообразователем и вяжущим. Чаще всего газообразователем служит алюминиевая пудра, которая, реагируя с гидратом оксида кальция, выделяет водород:

Согласно уравнению химической реакции, 1 кг алюминиевой пудры выделит до 1,25 м3 водорода, т. е. для получения 1 м3 газобетона требуется 0,5. 0,7 кг пудры.

Пенобетоны и пеносиликаты получают, смешивая тесто вяжущего с заранее приготовленной устойчивой технической пеной. Для образования пены используют пенообразователи, получаемые как модификацией побочных продуктов других производств (гидролизованная кровь, клееканифольный пенообразователь), так и синтезируемые специально (сульфанол и т. п.).

Cойства ячеистых бетонов определяются их пористостью, видом вяжущего и условиями твердения. Как уже говорилось, пористость ячеистых бетонов - 60. 85%. Характер пор - замкнутый, но стенки пор состоят из затвердевшего цементного камня, который, как известно, пронизан порами, в том числе и капиллярными. Для движения воздуха поры в ячеистом бетоне замкнуты, а для проникновения воды — открыты. Поэтому водопоглощсние ячеистого бетона довольно высокое (табл. 12.4) и морозостойкость соответственно пониженная по сравнению с бетонами слитной структуры.

Гидрофильность цементного камня и большая пористость обусловливают высокую сорбционную влажность. Это сказывается на теплоизоляционных показателях ячеистого бетона (табл. 12.4). Поэтому при использовании ячеистого бетона в ограждающих конструкциях его наружную поверхность необходимо защищать от контакта с водой или гидрофобизировать.

Прочность ячеистых бетонов зависит от их средней плотности и находится в пределах 1,5. 15 МПа. Модуль упругости ячеистых бетонов ниже, чем у обычных бетонов, т. е. они более деформативны. Кроме того, у ячеистого бетона повышенная ползучесть.

Ячеистые бетоны и изделия из них обладают хорошими звукоизоляционными свойствами, они огнестойки и легко поддаются механической обработке (пилятся и сверлятся).

Наиболее рациональная область применения ячеистых бетонов — ограждающие конструкции (стены) жилых и промышленных зданий: несущие — для малоэтажных зданий и ненесущие — для многоэтажных, имеющих несущий каркас.

Крупнопористый бетон

Крупнопористый бетон получают при затвердевании бетонной смеси, состоящей из вяжущего (обычно портландцемента), крупного заполнителя и воды. Благодаря отсутствию песка и пониженному Расходу цемента (70. 150 кг/м3), используемого лишь для склеивания зерен крупного заполнителя, плотность крупнопористого бетона на 600. 700 кг/м3 ниже, чем у аналогичного бетона слитного строения.

Крупнопористый бетон целесообразно изготовлять на основе пористых заполнителей (керамзитового гравия, шлаковой пемзы и др.) В этом случае средняя плотность бетона составляет 500. 700 кг/м и плиты из такого бетона эффективны для тегшоизоляции стен и покрытий зданий.

5.2.5 Специальные виды бетонов

Специальные бетоны способны работать в экстремальных условиях или обладают свойствами, не характерными для обычных бетонов. Но при этом их технология и принципиальный состав остаются «бетонными».

Особо тяжелые бетоны используют для устройства конструкций, защищающих людей от рентгеновского и ?-излучения. Для этого в состав бетона вводят заполнители, содержащие железо, барий и другие тяжелые элементы, хорошо поглощающие жесткое ионизирующее излучение. В качестве заполнителей используют: железные руды (магнетит, лимонит), барит, металлическую дробь и т. п. Плотность таких бетонов достигает 4000. 5000 кг/м3.

Гидратные бетоны предназначены для защиты от нейтронного излучения. Как известно из физики, потоки нейтронов лучше всего поглощают атомы легких элементов (водорода, лития, бора). Для этих целей чаще всего используют бетоны, содержащие большое количество химически связанной воды. Этого можно добиться, используя вяжущие, образующие при твердении эттрингит— ЗСаО • А12О3 • 3CaSO4 • 32Н2О, а также применяя заполнители, содержащие кристаллизационную воду, например, серпентин (змеевик) 3MgO • 2SiO2 • 2H2O.

Жаростойкие бетоны характеризуются способностью сохранять в определенных пределах физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур.

Для изготовления жаростойких бетонов в качестве вяжущих используют глиноземистый цемент, шлакопортландцемент и жидкое стекло. Заполнителями и тонкомолотыми наполнителями служат металлургические шлаки, бой керамических и огнеупорных изделий, базальт, андезит и т. п.

Жаростойкие бетоны приготовляют по обычной технологии, а затем в процессе работы при высоких температурах они сами превращаются в монолитный керамический материал. Из таких бетонов выполняют футеровку промышленных печей, фундаменты доменных и мартеновских печей и т. п. Применение жаростойких бетонов взамен штучных материалов снижает стоимость и ускоряет строительство.

Кислотоупорные бетоны получают на кислотоупорном цементе и кислотостойких заполнителях. Применяют кислотоупорные бетоны на химических предприятиях для облицовки несущих конструкций, устройства бетонных полов и т. п.


Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.



Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОВЫШЕННЫХ И ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

Concrete and Reinforced Concrete Structures intended for the Service in Elevated and High Temperatures

____________________________________________________________________
Текст Сравнения СП 27.13330.2017 с СП 27.13330.2011 см. по ссылке;
Текст Сравнения СП 27.13330.2011 со СНиП 2.03.04-84 см. по ссылке.
- Примечание изготовителя базы данных.
____________________________________________________________________

Дата введения 2011-05-20

Сведения о своде правил

1 ИСПОЛНИТЕЛИ: Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона им. А.А.Гвоздева (НИИЖБ им. Гвоздева) - институт ОАО "НИЦ "Строительство"

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики

Информация об изменениях к настоящему своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет

ВНЕСЕНЫ правки на основании информации об опечатках, опубликованной в Информационном Бюллетене о нормативной, методической и типовой проектной документации N 6, 2011 г.

Правки внесены изготовителем базы данных

Введение

Настоящий свод правил содержит положения по расчету и проектированию бетонных и железобетонных конструкций промышленных сооружений из тяжелого и легкого конструкционного бетона, работающих в условиях воздействия технологических повышенных температур (от 50 до 200 °С включительно), влажной среды, и тепловых агрегатов из жаростойкого бетона, армированного обычной и жаростойкой арматурой, которые эксплуатируются в условиях производственных высоких температур (свыше 200 до 1200-1400 °С).

Приведенные в настоящем СП единицы физических величин выражены: силы - в ньютонах (Н) или в килоньютонах (кН); линейные размеры - в мм (для сечений) или в м (для элементов или их участков); напряжения, сопротивления, модули упругости - в мегапаскалях (МПа), распределенные нагрузки и усилия - в кН/м или Н/мм; температура - в °С, плотность - в кг/м.

Свод правил разработан НИИЖБ им. А.А.Гвоздева - институтом ОАО "НИЦ "Строительство": руководитель - д-р техн. наук, проф. А.Ф.Милованов. Исполнители: д-ра техн. наук, проф. А.П.Кричевский и С.А.Фомин; кандидаты техн. наук В.Н.Горячев, Н.П.Жданова, И.Н.Заславский, В.Н.Милонов, В.Г.Петров-Денисов, В.Н.Самойленко, В.В.Соломонов, И.С.Кузнецова; инженеры Е.Н.Больных, В.А.Тарасова; при участии ООО "УралНИИстром" (канд. техн. наук Р.Я.Ахтямов).

1 Область применения

Настоящий свод правил распространяется на проектирование бетонных и железобетонных конструкций, систематически подвергающихся воздействиям повышенных (от 50 до 200 °С включительно) и высоких (свыше 200 °С) технологических температур (далее - воздействия температур) и увлажнению техническим паром.

Нормы устанавливают требования по проектированию указанных конструкций, изготовляемых из тяжелого бетона средней плотности от 2200 до 2500 кг/м включительно (далее - обычный бетон) и из жаростойкого бетона плотной структуры средней плотности 900 кг/м и более.

Требования настоящего СП не распространяются на конструкции из жаростойкого бетона ячеистой структуры.

Проектировать дымовые железобетонные трубы, резервуары и фундаменты доменных печей, работающие при воздействии температуры свыше 50 °С, следует с учетом дополнительных требований, предъявляемых к этим сооружениям соответствующими нормативными документами.

2 Нормативные ссылки

В настоящем СП использованы ссылки на следующие нормативные документы:

СП 63.13330.2010* "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения"

* На территории Российской Федерации действует СП 63.13330.2012, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

СП 20.13330.2011 "СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия"

СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции

СП 28.13330.2010* "СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии"

* На территории Российской Федерации действует СП 28.13330.2012, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

СП 16.13330.2011 "СНиП II-23-81* Стальные конструкции"

ГОСТ 25192-82 Бетоны. Классификация и общие технические требования

ГОСТ 13015-2003 Изделия железобетонные и бетонные для строительства. Общие технические требования

ГОСТ 20910-90 Бетоны жаростойкие. Технические условия

ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций

ГОСТ 10884-94 Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций

ГОСТ 6727-80 Проволока из низкоуглеродистой стали холоднотянутая для армирования железобетонных конструкций

ГОСТ 4543-71 Прокат из легированной конструкционной стали

ГОСТ 5949-75 Сталь сортовая и калиброванная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная

Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим сводом правил следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный материал отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящих нормах применены термины по своду правил [1] и другим нормативным документам, на которые имеются ссылки в тексте.

4 Общие указания

Основные положения

4.1 Бетонные и железобетонные конструкции должны быть обеспечены требуемой надежностью от возникновения всех видов предельных состояний: расчетом, выбором показателей качества материалов, назначением размеров и конструированием согласно указаниям настоящего СП. При этом должны быть выполнены технологические требования при изготовлении конструкций и соблюдены требования по эксплуатации сооружений и тепловых агрегатов, а также требования по экологии, устанавливаемые соответствующими нормативными документами.

4.2 Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных температур до 200 °С, следует предусматривать, как правило, из обычного бетона.

Фундаменты, которые при эксплуатации постоянно подвергаются воздействию температуры до 250 °С включительно, допускается принимать из обычного бетона.

Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия высоких температур свыше 200 °С, следует предусматривать из жаростойкого бетона.

Несущие элементы конструкций тепловых агрегатов, выполняемые из жаростойкого бетона, сечение которых может нагреваться до температуры выше 1000 °С, допускается принимать только после их опытной проверки.

4.3 Циклический нагрев - длительный температурный режим, при котором в процессе эксплуатации конструкция периодически подвергается повторяющемуся нагреву с колебаниями температуры более 30% расчетного значения при длительности циклов от 3 ч до 30 сут.

Постоянный нагрев - длительный температурный режим, при котором в процессе эксплуатации конструкция подвергается нагреву с колебаниями температуры до 30% расчетного значения.

4.4 Для конструкций, работающих под воздействием температуры выше 50 °С в условиях периодического увлажнения паром, технической водой и конденсатом, расчет допускается производить только на воздействие температуры и нагрузки без учета периодического увлажнения. При этом в расчете сечения не должны учитываться крайние слои бетона толщиной 20 мм с каждой стороны, подвергающиеся замачиванию в течение 7 ч, и толщиной 50 мм при длительности замачивания бетона более 7 ч или должна предусматриваться защита поверхности бетона от периодического замачивания.

Окрашенная поверхность бетона или гидроизоляционные покрытия этих конструкций должны быть светлых тонов.

4.5 Конструкции рассматриваются как бетонные, если их прочность обеспечена одним бетоном. Бетонные элементы применяют преимущественно на сжатие при расположении продольной сжимающей силы в пределах поперечного сечения элемента при постоянном нагреве. Бетонные элементы из жаростойкого бетона применяют в конструкциях, которые не являются несущими (футеровка).

4.6 Жаростойкие бетоны в элементах конструкций тепловых агрегатов следует применять в соответствии с рекомендуемым приложением А.

Классы жаростойкого бетона по предельно допустимой температуре применения в соответствии с ГОСТ 20910 в зависимости от вида вяжущего, заполнителей, тонкомолотых добавок и отвердителя приведены в таблице 5.1.

Основные расчетные требования

4.7 Бетонные и железобетонные конструкции, работающие в условиях воздействия повышенных и высоких температур, следует рассчитывать на основе положений СП 63.13330 и свода правил [1] с учетом дополнительных требований, изложенных в настоящем своде правил.

Расчеты бетонных и железобетонных конструкций следует производить по предельным состояниям, включающим:

предельные состояния первой группы (по полной непригодности к эксплуатации вследствие потери несущей способности);

предельные состояния второй группы (по непригодности к нормальной эксплуатации вследствие образования или чрезмерного раскрытия трещин, появления недопустимых деформаций).

4.8 При проектировании бетонных и железобетонных конструкций надежность конструкции устанавливают расчетом путем использования расчетных значений нагрузок и температур, расчетных значений характеристик материалов, определяемых с помощью соответствующих частных коэффициентов надежности по нормативным значениям этих характеристик с учетом степени ответственности сооружения или теплового агрегата.

Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициентов сочетания, коэффициентов надежности по нагрузке, коэффициентов надежности по назначению конструкций, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные) следует принимать по положениям СП 20.13330.

Расчетная технологическая температура принимается равной температуре среды цеха или рабочего пространства теплового агрегата, указанной в задании на проектирование.

Расчетные усилия и деформации от кратковременного и длительного нагревов определяют с учетом коэффициента надежности по температуре .

Коэффициент надежности по температуре принимают: при расчете по предельным состояниям первой группы равным 1,1, по предельным состояниям второй группы равным 1,0.

При расчете по прочности в необходимых случаях учитывают особые нагрузки с коэффициентами надежности по нагрузке , принимаемыми по соответствующим нормативным документам. При этом усилия, вызванные действием температуры, не учитываются.

4.9 При расчете бетонных и железобетонных конструкций необходимо учитывать изменения механических и упругопластических свойств бетона и арматуры в зависимости от температуры воздействия. При этом усилия, деформации, образование и раскрытие трещин определяют от воздействия нагрузки (включая собственный вес) и температуры.

Расчетные схемы и основные предпосылки для расчета бетонных и железобетонных конструкций должны устанавливаться в соответствии с условиями их действительной работы в предельном состоянии, с учетом, в необходимых случаях, пластических свойств бетона и арматуры, наличия трещин в растянутом бетоне, а также влияния усадки и ползучести бетона как при нормальной температуре, так и при воздействии повышенных и высоких температур.

Исследованы структурные и теплофизические свойства термообрабатываемого бетона. Выявлены закономерности изменения структурных и теплофизических характеристик бетонов в процессе термообработки. Установлено, что стабилизация значений коэффициентов тепло- и температуропроводности бетонов соответствует завершению процесса интенсивного формирования поровой структуры материала и указывает на возможность перехода от стадии изотермической выдержки к стадии снижения температуры. Полученные результаты подтверждены исследованиями кинетики нарастания прочности образцов бетона.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Красулина Л.В.

Физико-химические основы процессов защиты поверхностного слоя дорожных бетонных покрытий пропиточными составами

Structural and Thermophysical Properties of Hardening Concrete

Structural and thermophysical properties of thermally treated concrete have been studied in the paper. The paper demonstrates regularities of changes in structural and thermophysical properties of concrete during heat treatment process. It is established that stabilization of coefficient values for heatand temperature conductivity of concrete corresponds to completion of the process pertaining to intensive formation of the material pore structure and indicates the possibility of transition from the stage of isothermal extraction to the stage of temperature decrease. The obtained results are confirmed by studies of strength growth kinetics of concrete samples.

Текст научной работы на тему «Структурные и теплофизические свойства твердеющего бетона»

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА

СТРУКТУРНЫЕ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЕЮЩЕГО БЕТОНА

Канд. техн. наук КРАСУЛИНА Л. В.

Белорусский национальный технический университет

Процессы твердения в бетонах продолжаются длительное время, но особого внимания требует стадия активного структурообразова-ния. Данный этап во многом предопределяет конечные свойства затвердевшего материала. Большое влияние на формирование поровой структуры, величину и характер пористости, от которой во многом зависит прочность цементного камня, оказывает интенсивность процессов тепло- и массообмена, активизирующихся при термообработке. Миграция влаги, вызывающая изменение капиллярного давления в твердеющих бетонах, становится одной из основных причин образования направленной пористости цементного камня, что приводит к снижению прочности готового изделия. Ускорения процесса термообработки бетонов без ухудшения его эксплуатационных свойств можно добиться совершенствованием методов подвода теплоты и управления процессами переноса теплоты и влаги. Характер и интенсивность этих процессов определяются тепло- и массообменными свойствами бетона.

Механизм твердения портландцемента. Твердеющий бетон является влажным капиллярно-пористым материалом с резко изменяющимися в зависимости от времени свойствами. После затворения цемента водой в течение нескольких минут образуется гидросульфоалю-минат кальция, а примерно через два часа на поверхности негидратированных зерен цемента наблюдается скопление плохо закристаллизованных игольчатых частиц гидросиликатов кальция переменного состава. В пространстве между клинкерными зернами видны более крупные кристаллы гидроокиси кальция. Частички новообразований в начальной стадии

твердения имеют довольно высокую дисперсность, близкую к коллоидной. Атомы и ионы, слагающие кристаллы гидросиликатов кальция, находятся на поверхности, следовательно, они характеризуются наличием свободной энергии, обусловливающей связь частичек новообразований и твердение всей системы. Чем выше дисперсность и концентрация гидратных частиц в единице объема, тем больше точек срастания между ними, а следовательно, и прочность всей системы в целом. В этот период возникают коагуляционные связи между отдельными частицами твердеющей системы. Развивается жесткая и сначала рыхлая структура, в заполненной водой порах которой непрерывно образуются новые гидратные фазы. Объем пор и их размеры уменьшаются, прочность структуры увеличивается. Большое значение при этом имеют уменьшение объема пор и непрерывное увеличение количества точек контакта. В результате повышения количества гидратов новообразования все больший объем воды оказывается в сольватных оболочках. Каждая молекула воды попадает в поле сил не только взаимодействия с зерном исходного вяжущего, но и частиц новообразований. Чем тоньше водные прослойки между субмикро-кристаллами гидросиликатов кальция, тем прочнее молекулярное сцепление между ними.

После возникновения необратимых контактов процесс гидратации внутренней части зерна цемента продолжается, сопровождаясь отсосом с поверхности слоя гидрата пленочной воды. Происходит уплотнение структуры геля, вызванное в основном усиленным образованием мельчайших частиц гидросиликатов кальция. Подпитка капиллярной водой в зоне контак-

■ Наука итехника, № 2, 2012

тов затруднена, поэтому пленка воды будет утоньшаться и контакт превратится в валентный. При этом молекулы воды одновременно насыщают ионные поля сближенных поверхностей и прочность контакта повышается. Контакты, имеющие валентную природу и возникающие под воздействием насыщенных валентных сил, являются кристаллизационными. Затем возникновение новых контактов прекращается и происходит только обрастание уже имеющегося каркаса, т. е. рост составляющих его кристаллов. После обрастания кристаллизационных контактов веществом новообразований и приобретения системой окончательной прочности процесс твердения заканчивается.

Механизм гидратации портландцемента при повышенных температурах такой же, как и при 293-298 К. Изменяются лишь кинетика процесса, а также последовательность и полнота фазовых превращений [1, 2].

При повышении температуры во время термообработки процессы твердения интенсифицируются, что приводит к общему упрочнению материала. Однако рост температуры вызывает также и значительные деструктивные явления, которые наносят существенный ущерб формирующейся структуре материала и являются основными причинами уменьшения прочности термообработанного бетона по сравнению с таким же бетоном нормального твердения. На изменение структурной пористости бетона при воздействии тепловлажностной обработки большое влияние оказывают характер и интенсивность тепло- и массообмена в твердеющем материале. Повышение качества термообраба-тываемых изделий возможно при обеспечении регулируемой влажности среды, близкой к равновесному состоянию в момент подъема температуры. Для сведения к минимуму деструктивных явлений, вызванных температурным расширением компонентов бетонной смеси и защемленного воздуха, внутренними деформациями, капиллярным давлением и миграцией влаги, необходимо иметь представление о закономерностях переноса теплоты и влаги в такой системе.

Для установления связей между свойствами материала и особенностями его поровой структуры необходимо количественно характеризовать структуру, и при этом важное значение

имеет количество содержащихся в материале пор различных размеров.

Цель настоящей работы - комплексное исследование теплофизических, структурных и прочностных характеристик твердеющего бетона.

Методы исследований. Для исследования теплофизических характеристик термообраба-тываемых бетонов использовали нестационарный метод, основанный на нагревании постоянным тепловым потоком двухсоставной системы тел: исследуемого материала в форме пластины толщиной 20-40 мм и полуограниченного медного стержня, разделенных плоским источником постоянной мощности при граничных условиях второго рода [3, 4]. До начала нагревания температура всех составляющих систем одинакова и равна температуре среды. Максимальный перегрев исследуемого образца во время опыта составляет 2-3 градуса, что очень важно при испытании материалов, теплофизические характеристики которых зависят от температуры. Данный метод позволяет в течение короткого промежутка времени (5-6 мин) при небольших перепадах температур в образце получить теплофизические характеристики материала от жидкой смеси до затвердевшего тела, прогревая его точно также, как и термообрабатываемое изделие, не искажая режим термообработки.

В практике исследования поровой структуры материалов широко применяется метод вдавливания ртути [5], при помощи которого возможно произвести оценку размеров пор с эффективным радиусом от 25 до 35000 нм. В основе метода лежит предположение о цилиндрической форме пор и неизменности их структуры в процессе измерения. При расчетах в уравнения подставляются недостаточно надежно обоснованные значения поверхностного натяжения и угла смачивания ртутью адсорбентов. Вдавливание ртути в пористое тело может сопровождаться как остаточными, так и упругими деформациями стенок его пор, хотя сам метод предполагает неизменность их структуры в процессе измерения.

Существует большое количество различных методов исследования поровой структуры на основании адсорбционных измерений [6]. Величина адсорбции газа или пара зависит не

Наука итехника, № 2, 2012

только от его природы, но и от условий протекания процесса сорбции, в первую очередь от давления, температуры и структуры адсорбента. При этом характер адсорбционной изотермы, отражающей внутреннюю структуру твердых тел, дает возможность определить степень развития пор того или другого вида, установить структурный тип адсорбента, величину и природу его удельной поверхности.

Теоретической основой этих методов является рассмотрение сорбционного процесса как сочетания адсорбции и капиллярной конденсации. Учет адсорбции необходим для введения поправок, так как капиллярная конденсация происходит в свободном объеме пор, ограниченном адсорбционными слоями. Вид изотермы сорбции при прочих равных условиях определяется типом пор и распределением их объема по радиусам. Между радиусом кривизны мениска жидкости в капиллярах адсорбента и давлением пара существует зависимость, которая позволяет определить радиусы пор. Нижний предел применимости сорбционных методов ограничен порами 1,5 нм, радиусы которых сравнимы с размерами молекул адсорбента и для которых понятие «мениск жидкости» теряет физический смысл.

Для поэтапного исследования структурных и прочностных свойств термообрабатываемого бетона экспериментальная установка была оборудована шлюзовыми камерами, позволяющими изучать свойства бетона на разных стадиях твердения, не нарушая процесс термообработки.

Результаты испытаний и их анализ. Экспериментальные исследования по изучению динамики теплофизических, структурных, прочностных характеристик термообрабатываемых бетонов проводились в лабораторной индукционной установке, которая позволяет термооб-рабатывать образцы как при атмосферном, так и при избыточном давлении среды в камере, варьируя скорость подъема температуры, температуру изотермической выдержки и величину давления среды в камере.

Объектом исследований служил мелкозернистый бетон с водоцементным отношением 0,45 и 0,53; 40 % цемента замещали тонкомолотым кварцевым песком.

Исследования изменения свойств бетона в процессе термообработки проводили при температуре изотермической выдержки или 403 К, или 448 К и избыточном давлении среды. Све-жеотформованные образцы подвергали обжатию путем повышения давления среды в автоклаве до 0,2-0,4 МПа. Это позволило практически полностью ликвидировать стадию предварительной выдержки бетона и проводить интенсивный нагрев образцов со скоростью 70-85 град/ч без риска ухудшения качества изделий. Подъем и сброс давления в камере осуществлялся таким образом, чтобы температура воды в бетоне была на 5-10 °С ниже точки кипения.

Предварительные исследования поровой структуры бетона методом ртутной порометрии в интервале радиусов пор от 10 до 30000 нм показали, что для этих материалов из общего объема пор только 10-20 % приходится на долю капилляров с радиусом пор более 100 нм. Поэтому для составления достаточно полной картины характера пористости можно ограничиться данными, полученными на основании адсорбционных методов, позволяющих более полно исследовать область пор с радиусами менее 100 нм на основании экспериментальных изотерм.

Результаты исследований структурных характеристик показали, что формирование капиллярно-пористой структуры материала происходит в течение всего периода твердения. На стадии подъема температуры образуются поры различных радиусов, но с преобладанием пор с радиусами от 4 до 20 нм (90 % от общего объема пор). Продолжение обработки (стадия изотермической выдержки) вызывает увеличение объема пор с радиусами от 1,5 до 4 нм, по-видимому, вследствие зарастания более крупных пор поликристаллическими сростками новообразований, что приводит к образованию дополнительных микропор. После окончания стадии изотермической выдержки микроструктура материала в основном уже сформирована. В период остывания происходит незначительное перераспределение пор с радиусами, большими 4 нм.

■ Наука итехника, № 2, 2012

Таким образом, в процессе твердения существенно меняются структурные характеристики бетона, что предопределяет изменение его прочностных и теплофизических свойств.

Результаты выполненных исследований теплофизических свойств бетона показали, что значения коэффициентов тепло- и температуропроводности и периоды их изменения несколько отличаются при разных режимах термообработки, но характер их изменения остается одним и тем же (рис. 1-3). Наиболее интенсивно теплофизические характеристики изменяются в начальный период твердения: их значения резко уменьшаются до минимальной величины. При дальнейшей термообработке значения тепло- и температуропроводности незначительно увеличиваются до постоянной величины и остаются неизменными независимо от того, продолжаем изотермическую выдержку или начинаем снижать температуру.

Читайте также: