3 Температура бетонной смеси, бетона во время укладки и подогрев материалов

ГЛАВА 3
Температура бетонной смеси, бетона во время укладки
и подогрев материалов

3.1. Температура укладки

Во время бетонирования в зимний период температура бетонной смеси должна контролироваться как указано в Параграфе 3.2, чтобы в результате температура при укладке не оказалась ниже значений, указанных в Строек 1 Таблицы 3.1 Температура укладки бетонной смеси (свежего бетона) должна определяться в соответствии с ASTM C1064. Чем более массивна конструкция, тем менее резки тепловые потери, однако минимальные температуры укладки необходимо выдерживать в начальный период бетонирования, пока бетонной смеси мало. Для массивных конструкций особенно выгодно иметь низкие температуры укладки (см. ACI 207.1R). Температуры бетона, которые намного выше температурных значений, приведенных в Строке 1, не приведут к пропорциональному улучшению защиты против замораживания, потому что темп тепловых потерь выше для больших температурных дифференциалов. (больше разница температур — выше скорость теплопередачи).

В дополнение, высокие температуры бетонной смеси требуют большее количество воды затворения, которая убыстряет потерю подвижности и усиливает термоусадочные процессы. Быстрая потеря влаги с поверхности плит может усиливать процессы усадочного трещинообразования вследствие пластической деформации. Быстрая потеря влаги может произойти на поверхностях, открытых холодному воздуху (см. ACI 302.1R) (Попробую объяснить то, что автор параграфа не смог передать двумя словами. Это очень важно! Холодный воздух при отн. вл. 70% содержит мало воды в пересчете на 1 м3, когда этот холодный воздух нагревается от теплого бетона, его относительная влажность падает, допустим, до 40%, и он начинает вытягивать влагу из бетона. При подаче в тепляк воздуха извне он становится сухим-сухим от нагрева неважно чем. Отн. влажность может падать и до 20% — это проблема!) Поэтому температура бетона во время укладки должна быть как можно ближе к рекомендованным минимальным значениям. Температура свежеуложенного бетона не должна быть больше минимальных значений, чем на 11 °С.

3.2. Температура бетонной смеси

Рекомендованные температуры бетонной смеси приведены в Строках 2 и 3 Таблицы 3.1. В то время как температура воздуха понижается — температура бетонной смеси должна быть увеличена, чтобы компенсировать тепловые потери в интервале между приготовлением бетонной смеси и ее укладкой. Температура бетонной смеси не должна быть больше чем на 8С выше значений, рекомендованных в Строках 2,3 и 4. Достаточно трудно осуществить равномерный прогрев инертных материалов до определенной температуры. Температура бетонной смеси в диапазоне ±5 °С от требуемой температуры может быть достигнута смешиванием горячей и холодной воды.

 3.3. Подогреваемая вода затворения

Вода затворения определенной температуры должна быть доступна в достаточном количестве, во избежание значительных отклонений по температуре бетонной смеси от партии к партии. Температура бетона оказывает влияние на темп потери подвижности, и может оказывать влияние на добавки в бетонной смеси (главным образом на воздухововлекающую добавку). Температурные изменения воды затворения могут сказываться на изменениях поведения различных партий (партий бетонной смеси и захваток).

Известно, что преждевременный контакт не перемешанного с песком цемента и горячей воды приводит к мгновенному схватыванию и комкованию цемента. Когда применяется вода с температурой выше 80 °С, может понадобиться изменить порядок смешивания компонентов. Может быть целесообразным сначала добавлять горячую воду вместе с загрузкой инертных материалов, и только потом добавлять цемент. Во время подачи цемента, горячая вода или не дозируется, или ее поток резко ограничен. Если дозирование цемента происходит раздельно (во времени) с дозированием инертных материалов, то при перемешивании могут возникать затруднения. Чтобы облегчить перемешивание около 3/4 горячей воды должно быть добавлено в барабан либо перед выгрузкой инертных материалов, либо вместе с ними. Чтобы не допустить слеживания материалов в труднодоступных частях миксера, сначала прибавляют инертные материалы. Цемент должен добавляться после инертных материалов. В качестве последнего ингредиента, в барабан в умеренном темпе должна быть прибавлена оставшаяся ¼ часть воды затворения. Кипяток для затворения может быть использован при условии, что результирующая температура бетонной смеси в пределах ограничений, рассмотренных в Параграфе 3.2, и не происходит мгновенного схватывания цемента (заваривания). Если отмечена потеря эффективности воздухововлекающей добавки, то ВВ добавка должна прибавляться к замесу после того, как температура воды при контакте с холодными инертными материалами уменьшиться (+40с времени к замесу).

 3.4. Подогрев инертных материалов

Когда инертные материалы свободны от льда и смерзшихся агломераций, желаемая температура бетонной смеси может быть получена только посредством предварительного подогрева воды затворения. Но когда температура постоянно ниже –4 °С, обычно необходимо, также подогревать инертные материалы. Подогрев инертных материалов до температуры свыше 15 °С редко вызывает необходимость, если температура воды затворения достигает 60 °С. Если инертные материалы свободны от льда, инея и смерзшихся агломератов, то подходящие температуры бетонной смеси могут быть получены посредством увеличения температуры только песка, который редко необходимо подогревать выше 40 °С, если вода затворения подогрета до 60 °С. Сезонные колебания должны быть учтены, так, например, средняя температура инертных материалов осенью может быть выше средней температуры воздуха, а весной может происходить наоборот.

 3.5. Подогрев инертных материалов паром

Пар, циркулирующий в трубах, рекомендован для подогрева инертных материалов. Для небольших работ инертные материалы могут быть прогреты с использованием широких труб, в которых поддерживается огонь (видимо, писал индеец, который на Юконе вахту мотал; до этого они знали о существовании дизельных пушек, которые можно в эти самые трубы вставлять). Когда происходит подогрев инертных материалов, они должны быть укрыты для поддержания равномерного прогрева и предотвращения образования ледяных кластеров. Струи пара, свободно подаваемые в инертные материалы, могут вызывать проблемы с колебанием уровня влажности, но такой метод подогрева инертных материалов наиболее энергетически эффективный. Если пар заключен в трубопровод, проблемы с колебаниями уровня влажности отсутствуют, но растет вероятность локализации сухих перегретых кластеров. Износ и коррозия в системе парового трубопровода будет по обыкновению вызывать утечки, которые будут вызывать те же самые проблемы, что и подача пара через форсунки. Рекомендуется периодическая проверка и, по необходимости, замена труб. Когда условия требуют производить оттаивание значительных количеств инертных материалов, применение подачи пара через форсунки может быть единственной действенной мерой достаточного теплоснабжения. В таком случае оттаивание инертных материалов должно быть завершено сразу, по достижении необходимой температуры при дозволенном уровне влажности. После завершения оттаивания подача пара должна быть уменьшена до того минимума, который только позволяет предотвращать дальнейшее замерзание, таким образом, уменьшая в некоторой степени проблему возрастания колебаний уровня влажности. Тем не менее при таких условиях, контроль количества воды затворения должен осуществляться от миксера к миксеру (то ли индеец на БСУ не работал, то ли английский плохо учил, но перевести этот абзац было возможно только с опорой на мой личный опыт работы на БСУ).

 3.6. Перегрев инертных материалов

Инертные материалы должны быть прогреты до удаления льда, снега и мерзлых агломератов. Часто 76мм мерзлые агломераты не разрушаются при перемешивании и остаются в бетоне после укладки. Перегрева необходимо избегать таким образом, чтобы температура в любом месте не превышала 100 °С, а средняя температура не дозируемых инертных материалов не превышала 65 °С. Так как эти температуры значительно выше, чем необходимо для достижения желаемых температур бетонной смеси. Инертные материалы должны быть равномерно прогреты, в противном случае, значительные колебания в их температуре будут вызывать значительные изменения в водопотребности, воздухововлечении, скорости схватывания и подвижности бетонной смеси.

Требуется повышенная осторожность, когда делают первые три замеса после продолжительного периода парового нагрева инертных материалов в бункерах. Многие производители бетонной смеси возвращают первые несколько тонн перегретых инертных материалов обратно в бункер на верх кучи.

 3.7. Расчет температуры бетонной смеси.

Если веса и температуры, а также влажность всех инертных материалов известны, то температура бетонной смеси может быть оценена по формуле:

T= [0.22(T_sW_s+ T_aW_a + T_cW_c) + T_wW_w+ T_sW_ws+ T_aW_w]/[0.22 (W_s + W_a + W_c) + W_w + W_wa+ W_ws] (3-1)

Где:

T = температура бетонной смеси, °С

T_c = температура цемента, °С

T_s = температура песка, °С

T_a = температура щебня, °С

T_w = температура воды затворения, °С

W_c = вес цемента, кг

W_s = вес сухого песка, кг

W_a = вес сухого щебня, кг

W_w = вес воды затворения, кг

W_ws = вес воды в песке, кг

W_wa = вес воды в щебне, кг

Уравнение 3-1 выведено исходя из условия одинаковости суммы теплоты материалов до и после перемешивания (т. е. не учитываются потери тепла при перемешивании и тепло выделяющееся при контакте воды с цементом), и что удельная теплоемкость инертных материалов и цемента равна 0,22 ккал/кг × °С. Если температура одного или двух инертных материалов ниже 0 °С, вода, заключенная в инертных материалах, замерзнет и уравнение 3-1 должно быть изменено, с расчетом на теплоту фазового перехода и количество теплоты, необходимое для достижения людом температуры фазового перехода 0 °С. Удельная теплоемкость льда 0,5 ккал/кг × °С, а теплота плавления 80 ккал/кг × °С. Таким образом, уравнение 3-1 изменено подстановкой следующих выражений TsWws или TaWwa или обеих. В зависимости от того, упала ли только температура песка, или только щебня, или обоих сразу.

Используя величины CИ:

Для T_sW_ws подходит W_ws (0.50Ts — 80) (3-4)

Для T_a W_wa substitute W_wa(0.50Ts — 80) (3-5)

(Как они благословили калорию стать частью СИ?)

В этом уравнении цифра 80 получена из теплоты плавления льда, удельной теплоемкости льда и температуры плавления льда (но как?)

3.8. Температурные потери при доставке

Шведский исследовательский институт цемента и бетона (Petersons, 1966) провел тесты для определения ожидаемого понижения температуры бетонной смеси в процессе доставки в условиях холодной погоды. Их исследования рассматривали вращающейся миксер, открытый и закрытый кузова. Приблизительное падение температуры в течение 1ч доставки может быть рассчитано по уравнению (3-6) и (3-8).

Для вращающегося миксера:

T = 0.25 (t_r — t_a)

Для закрытого кузова:

T = 0.10 (t_r — t_a)

Для открытого кузова:

T = 0.20 (t_r — t_a)

Где:

T = ожидаемое падение температуры в течение 1ч доставки, °С. (Это значение должно быть прибавлено к tr для определения требуемой температуры бетонной смеси на заводе.)

tr = температура бетонной смеси, требуемая во время укладки, °С.

ta = температура окружающего воздуха, °С.

Параметры уравнения легко подстраиваются для времени больше или меньше, чем 1ч.

3.9.1. Следующие примеры демонстрируют приложение этих приблизительных уравнений:

1. Бетонная смесь будет постоянно перемешиваться в барабане миксера в течение 1ч доставки. Температура воздуха −6,7 °С, а температура на месте выгрузки 10 °С. Из уравнения (3-6) ΔT = 0,25 (10 + 6,7) = 4,2 °С (здесь, температуры не надо гонять по шкале, вычитая 32, брать нужно только приращение температуры)