Антикорозионна
1. Използването на сулфатоустойчиви цименти, които включват: сулфатоустойчив портланд цимент; сулфатоустойчив портланд цимент с минерални добавки; сулфатоустойчив портландски шлаков цимент и пуцоланов портланд цимент.
Циментовият камък от алуминиев цимент има повишена устойчивост на киселинна (и по-специално на въглероден диоксид) корозия, както и устойчивост на меки и сулфатни води. В алкални разтвори обаче алуминиевият цимент корозира.
2. Подобряването на водоустойчивостта на бетона се извършва чрез използване на цименти с ниско потребление на вода, намаляване на съотношението вода-цимент, цялостно уплътняване на бетонната смес по време на полагане, въвеждане на хидрофобни повърхностно-активни добавки, които намаляват дела на отворената порьозност.
3. Устройство за хидроизолация. Използват се различни видове хидроизолационни покрития.
Проникващата хидроизолация се извършва чрез импрегниране или инжектиране на течни съединения в порите на бетона, които след втвърдяване правят бетона непропусклив.
Хидроизолацията с мастик се извършва чрез нанасяне на мастик върху повърхността, която трябва да се защити. Нанесеният слой може да бъде армиран с фибран, фибран и др.
Рулонната хидроизолация се изработва от рулонни материали на битумна основа, битумно-полимерни материали и полимери.
Хидрофобизацията е специален вид защита на конструкции, при който водата не може да проникне в отворените пори на бетона, а въздухът и водните пари могат да се движат свободно в тях, което позволява на бетона да изсъхне. За тази цел се използват специални течности, които образуват най-тънкия филм по стените на порите, което придава на повърхността водоотблъскващи свойства.
2.7. Топлоотдаване на бетона и неговата термична устойчивост на пукнатини
2.7.1. Обща информация.Генерирането на топлина в бетона се причинява от екзотермична реакция между вода и цимент. Освен това се отделя топлина в резултат на намокряне на цимент и инертни материали с вода, което се дължи на намаляване на повърхностната енергия (повърхностно напрежение) на границата. Някои процеси в бетона протичат с абсорбиране на топлина, например разтваряне на клинкерни минерали във вода. Въпреки това, в сравнение с топлината на химическата реакция, тези топлинни ефекти са незначителни. При експерименталното определяне на топлоотделянето се установява общият топлинен ефект на всички процеси.
В резултат на отделянето на топлина се получава самозагряване на бетонните конструкции през първите няколко дни от втвърдяването на бетона. В централната част на масивните бетонни блокове температурата може да достигне (60…80) °C, докато на повърхността, поради топлообмен с околния въздух, тя се различава малко от температурата на последния. Температурните колебания причиняват термични напрежения в бетонната маса, което води до образуване на пукнатини. Мерките за борба с термичния крекинг са разделени на два вида:
1) увеличаване на устойчивостта на пукнатини на бетона чрез увеличаване на неговата деформируемост и якост на опън;
2) понижаване на температурата на самонагряване, което се постига чрез намаляване на бетонните блокове, намаляване на отделянето на топлина от бетон, охлаждане на добавъчни материали и вода за смесване, преминаване на студена вода през тръби, положени в бетон.
Мерките за намаляване на генерирането на топлина от бетона включват главно:
1) използването на цименти с намалена екзотермичност.
2) намаляване на потреблението на цимент в бетона.
Ако за масивни конструкции екзотермията на цимента е вредна, то в другите двеслучаи играе положителна роля. За да се ускори втвърдяването на бетона в строителните и стоманобетонните заводи, се извършва термична обработка на продуктите - пара, електрическо нагряване и др. В същото време отделянето на топлина, като допълнителен източник на енергия, намалява разходите за енергия. Използваният при зимни условия термос метод се основава на използването на топлината на втвърдяване за поддържане на положителна температура на бетона.
Процесът на отделяне на топлина характеризира кинетиката на хидратация на свързващи вещества, позволява да се оцени естеството и скоростта на втвърдяване на разтвори и бетони.
За експериментално определяне на топлоотделянето на бетон се използват три вида калориметри:термос, адиабатичениизотермичен. Кинетиката на отделянето на топлина зависи от вида на калориметъра. Това се дължи на разликата в температурния режим на втвърдяване на бетонни проби с различни методи за изпитване.
Притермосния методчаст от отделената топлина се изразходва за нагряване на пробата, а другата част се разсейва в околния въздух или течна среда с постоянна температура. Температурата на пробата в експеримента първо се повишава (докато скоростта на отделяне на топлина е достатъчно висока), а след това, когато скоростта на загуба на топлина започне да надвишава скоростта на отделяне на топлина, тя пада.
Приадиабатичния методтоплообменът между пробата и средата е изключен и цялата отделена топлина се изразходва за нагряване на пробата. Това се постига чрез промяна на температурата на средата, така че във всеки момент тя да е равна на температурата на пробата, която непрекъснато се повишава по време на експеримента. Когато процесът на хидратация и отделяне на топлина приключи, повишаването на температурата ще спре и тя ще се установи на достигнатото ниво. Количеството топлина, отделено по всяко време, е пропорционално на повишаването на температуратабетон. Коефициентът на пропорционалност е топлинният капацитет на пробата.
Приизотермичния методцялата генерирана топлина се отвежда от пробата към околната среда, чиято температура се променя (първо постепенно се понижава и след това се повишава), така че температурата на пробата да остане постоянна. В този случай скоростта на пренос на топлина е равна на скоростта на отделяне на топлина във всеки момент от време и цялата отделена топлина се отвежда в околната среда. Скоростта на отделяне на топлина е пропорционална на температурната разлика между пробата и средата. Коефициентът на пропорционалност е константата на топлопреминаване на калориметъра, която е равна на произведението на коефициента на топлопреминаване и повърхността на пробата.
С известна степен на приближение температурният режим на втвърдяване на бетона в реални условия може да се счита за термозимен. В централната част на масивните бетонни конструкции температурата достига най-високите си стойности. Температурата на бетонната повърхност в резултат на топлообмен се различава малко от температурата на околния въздух, надвишавайки я средно с няколко градуса.
T
Резултатите от експерименталното определяне на топлоотдаването на бетона се изготвят под формата на графики наQилиqспрямо продължителността на втвърдяване τ (фиг. 2.11). На кривите на топлоотделяне се наблюдават три характерни участъка: I - участък на интензивни начални реакции и отделяне на топлина на намокряне; II - зона на забавяне на хидратацията поради действието на гипс (екраниране на циментови зърнафилми от калциев хидросулфоалуминат). Този участък във времето съответства на периода на втвърдяване на цимента; III - област на хидратация, съответстваща на процеса на втвърдяване.
Изотермичният метод ви позволява да установите влиянието на температурата върху скоростта и стойността на отделянето на топлина. Скоростта на отделяне на топлина се изразява чрез производнатаdQ/dτ,, т.е. тангенса на наклона на допирателната към кривата на отделяне на топлина. С повишаване на температурата на бетона скоростта на отделяне на топлина се увеличава и съответно се увеличава общото количество топлинаQ, освободено до този момент. Въпреки това, за безкрайно дълъг период, независимо от температурата, интегралното отделяне на топлина ще бъде същото и равно наQmax. СтойносттаQmax е границата, към която клони топлоотделянето на бетона. Колкото по-висока е температурата, толкова по-бързо отделянето на топлина се доближава до тази граница.
В моменти на равно отделяне на топлина, например в точки1и2(виж фиг. 2.11) приQ1=Q2, съотношението на скоростите на отделяне на топлина, както и съответните периоди τ2 и τ1, остават постоянни през целия процес:
Стойносттаftсе нарича температурна функция. Ако стойносттаft,е известна предварително, тогава е възможно, имайки само кривата2(виж Фиг. 2.11), да се получи кривата1или всяка друга, т.е. да се изчисли отделянето на топлина при всяка температураt(с изключение на отрицателната).
Температурната функция се изчислява по формулата
където ε е характерната температурна разлика. Акоt1-t2=ε, тогаваft=2, тоест, когато температурата се повиши с ε градуса, скоростта на отделяне на топлина се увеличава 2 пъти. Стойността на ε се получава от експериментални данни за топлоотдаване на бетон при три (поне) температури.Установено е, че характерната температурна разлика ε не е постоянна, а зависи от температурата. Тази зависимост се апроксимира с линейна функция ε=kt+l, къдетоk≈0.13;l≈8 – емпирични характеристики на процеса. Уравнението за отделяне на топлина за изотермичния режим на втвърдяване на бетона е най-простото:
ТукAtе коефициентът на скорост на отделяне на топлина, характеризиращ скоростта на отделяне на топлина при постоянна температураt;t– редът на реакцията на хидратация. За портландцимента редът на реакцията е 2 до 2,3.
СтойноститеQmax,Atиtса изчислени от експериментални данни. Кривите, начертани съгласно уравнението за топлоотделяне (2.9), са в добро съответствие с експерименталните в раздел III. Несъответствието между изчислените и експерименталните криви в участъци I и II е незначително за практически цели.
Специфичното отделяне на топлина на циментаqзависи от материала и минералогичния състав на цимента. Пуцоланови и шлакови портландцименти, в които част от клинкерния компонент е заменен с по-малко активна добавка на пуцолан или шлака, имат намалено отделяне на топлина в сравнение с портландцимента. Топлинното излъчване на портландцимента се увеличава с увеличаване на съдържанието на C3A и C3S в него, със съответно намаляване на количеството на C4AF и C2S. Топлината на пълната хидратация на клинкерните минерали от портландцимент намалява в серията: C3A>C3S>C4AF>C2S.
С увеличаване на фиността на смилане скоростта на отделяне на топлина от цимента се увеличава, но границатаQmax не се променя.
Условията за хидратация на цимента зависят от състава на бетона. Следователно, специфичното отделяне на топлина на циментаqвсъщност не е напълно независимо от консумацията на цимент С, както може да се очаква от формулата(2.6), но намалява с увеличаване на C (при постоянна подвижност на бетонните смеси), като асимптотично се приближава до определена минимална граница. При постоянна консумация на цимент в бетон или при постоянна мобилност на бетонната смес, увеличаването на W / C причинява леко увеличение на генерирането на топлина. Освен това тази зависимост е близка до линейната.
Пластифициращите повърхностноактивни добавки се адсорбират от разтвора върху циментовите зърна, образувайки слабо пропускливи филми върху повърхността на зърната, които пречат на притока на вода към цимента. В същото време, в началния период на втвърдяване (виж раздел II на фиг. 2.11), скоростта на хидратация и отделяне на топлина рязко се забавя за няколко часа. В резултат на постепенното превръщане на цимента в набъбващи продукти на хидратация, екраниращите филми се разрушават и по-нататъшното втвърдяване протича нормално. Много голямо забавяне на отделянето на топлина до 1 ден се дължи на суперпластификатора C-3.
Ускорителите на втвърдяването, като калциев хлорид, поташ, калциев нитрат и други, повишават както скоростта на отделяне на топлина, така и крайната стойност на топлинния ефект. Последното обстоятелство се обяснява с факта, че тези добавки допринасят за по-дълбока хидратация на клинкерните минерали, а също така участват в образуването на термодинамично по-стабилни съединения вместо конвенционалните продукти на хидратация.
2.7.2. Изчисляване на топлинния ефект по време на изотермично втвърдяване на бетон.S.D. Окороков установи, че при една и съща температура топлоотдаването на портландцимента се определя от неговия минералогичен състав. Въз основа на голям брой експерименти той установява дела на участието на всеки от минералите в екзотермата на цимента. Специфичното отделяне на топлина на цимента може да се изчисли по формулата
Данни за изчисляване на специфичното топлоотдаване на портландцимент при20 °С
Време за втвърдяване, дни
Дял на минералите в топлоотделянето, kJ/(kg∙%)