Betono išsiplėtimas keičiant temperatūrą: mechanizmai, įtaka ir praktinės priemonės

Betono įtrūkimai turi įtakos ne tik pastatų išvaizdai, bet ir jų konstrukcijos saugumui bei eksploatavimo trukmei. Šiame straipsnyje išryškinami pagrindiniai išsiplėtimo ir susitraukimo mechanizmai, jų sąryšis su temperatūros pokyčiais bei praktiniai sprendimai, skirti sumažinti įtrūkimų riziką.

1. Džiūvimo susitraukimas ir jo sąsajos su vandens nuostoliais

Džiūvimo susitraukimas dažniausiai vyksta, kai betono kapiliarinėse arba gelio porose esantis vanduo prarandamas nesočioje oro aplinkoje. Aukštos kokybės betonas dėl mažo porėtumo džiūsta rečiau, palyginti su paprastu betonu. Tačiau masiniame betone suminis džiūvimo susitraukimo poveikis įgauna tam tikrą rimtą galią. Vandens nuostoliai betone yra panašūs į vandens nuostolius žmogaus organizme, dėl kurių pasikeičia vidinė struktūra.

2. Plastinis susitraukimas ir paviršiaus įtempiai

Plastinis susitraukimas pasireiškia plastinėje stadijoje prieš sukietėjimą. Aukštos kokybės betonui būdingas mažas vandens ir gelio santykis, mažiau laisvo vandens ir smulkios mineralinės priemaišos, kurios yra jautresnės vandeniui, t. y. jos nekraujuoja ir greitai praranda vandenį. Dėl šių priežasčių aukštos kokybės betonas dažniau patiria plastinį susitraukimą. Betonui prarandant vandenį paviršiuje dar iki visiško sustingimo, o viduje išlieka stabilios plastinės būsenos, paviršiuje susidaro tempimo įtempiai. Kai įtempimas išauga iki didesnio nei tempimo įtempio, atsiranda įtrūkimų.

3. Savaiminis (drėgmės) susitraukimas

Savaiminis susitraukimas reiškia, kad drėgmė uždaroje vidinėje betono struktūroje mažėja kartu su cemento hidratacija. Dėl tokio reiškinio porose atsiranda neįsotinto vandens, susidaro neigiamas slėgis ir prasideda betono savaiminis susitraukimas. Dėl mažo vandens ir gelio santykio aukštos kokybės betonas gali pasižymėti didesniu stiprumu ankstyvojoje stadijoje ir greitesniu vandens netekimu. Santykinė porų sistemos drėgmė neviršija 80 proc.

4. Didelės apimties betono projektai ir šiluminė plėtra

Didelės apimties betono projektams, kuriems keliami dideli stiprumo reikalavimai, reikia daug daugiau cemento. Dėl to atsiranda daugiau hidratacijos šilumos ir sistema greičiau įkaista iki maždaug 35-40 ℃. Be pradinės temperatūros, aukščiausia temperatūra gali viršyti 70-80 ℃. Betonas pasižymi šiluminio plėtimosi ir šaltojo susitraukimo savybėmis, o CTE (šiluminio plėtimosi koeficientas) yra 10×10-6/℃. Temperatūrai nukritus 20-25 ℃, šaltasis susitraukimas yra maždaug (2-2,5)×10-4, o betono ribinė tempimo vertė tik 1-1,5×10-4. Taigi šaltojo susitraukimo įtempiai gali lengvai viršyti betono tempimo stiprį.

5. Autogeninis (cheminis) susitraukimas

Autogeninis susitraukimas dar vadinamas cheminiu susitraukimu. Cementui hidratuojantis, absoliutus cemento ir vandens sistemos tūris sumažėja ir susidaro daug porų. Tačiau didelio efektyvumo betone hidratacija gali būti ribota dėl mažesnio vandens ir gelio santykio bei papildomų smulkių mineralinių priemaišų. Taigi, cheminis susitraukimas būtų mažesnis nei įprastame betone. Pastebėtina, kad dėl autogeninio susitraukimo susidarę įtrūkimai vis tiek turi įtakos mikroskopinei betono struktūrai. Kartu su kitais veiksniais tai taip pat gali būti įtrūkimų atsiradimo priežastis. Be pirmiau minėtų veiksnių, dar viena pagrindinė betono įtrūkimų priežastis yra temperatūros susitraukimo įtempiai.

Materijų ir technologijų pasirinkimas bei praktiniai sprendimai

Cementas: Pirmenybę teikti mažo ir vidutinio kaitrumo cementui, kad sumažintumėte hidratacijos šilumą. Ribojamas cemento kiekis, išlaikant betono stiprumą ir eksploatacines savybes, mažinant temperatūros kilimą.

Agregatai: Pasirinkite aukštos kokybės vidutinio dydžio dalelių užpildą. Kad sumažintumėte betono susitraukimą, naudokite daugiau užpildų ir mažiau cemento skiedinio.

Cheminiai priedai: NOVASTAR Polikarboksilato superplastifikatorius (PCE) yra verygiai veiksminga vandenį mažinanti medžiaga, gerai tirpstanti vandenyje. Jis gali pagerinti betono tekėjimą ir sumažinti cemento kiekį nedidindamas vandens sąnaudų. Nedidelė šio vandens reduktoriaus dozė gali užtikrinti gerą betono skystumą.

Betono pilimas ir šiluminėsios apkrovos valdymas

Slėgio ir sluoksniavimo technika: Cementą pilkite sluoksniais arba dalimis, kad galėtumėte kontroliuoti sluoksnio storį ir pilstymo greitį. Taip siekiama tolygiai paskirstyti šilumą betono viduje ir išvengti šiluminio įtempimo ar temperatūros gradientų.

Tankinimas ir drėgmės valdymas: Sutankinkite betoną, kad užtikrintumėte idealų tankį ir išvengtumėte betono įtrūkimų. Užpylus betoną, uždenkite drėgmę izoliuojančia medžiaga, pavyzdžiui, plastikine plėvele, kad sumažintumėte garavimą ir įtrūkimų atsiradimą. Kontroliuokite temperatūrą betono viduje ir išorėje purkšdami ant paviršiaus vandenį.

Tarpinis kietėjimas: Kai betono paviršius yra išlygintas ir suvibruotas, pradedama laukti tarpinio betono sukietėjimo, kai bus galima pradėti betono paviršių glaistyti mechaniniu būdu. Toks tarpinis sukietėjimas paprastai gali trukti 2-8 valandas. Laikas priklauso nuo aplinkos temperatūros, vėjo ar saulės intensyvumo. Laikant paviršių drėgmei ir apsaugai nuo nuodžiūvio, sumažinama išgaravimo intensyvumas.

Glaistymo darbai ir paviršiaus priežiūra

Glaistymo metu ant betono paviršiaus pilti/purkšti vandens negalima, nes:

• Betono paviršiuje pasikeičia vandens/cemento santykis, todėl paviršius tampa neatsparus dilumui, dulka ir ima irti;
• Jei paviršiuje yra daugiau vandens nei kituose sluoksniuose, prasideda skirtingas traukimasis, o viršutinis sluoksnis ima pleištis, trūkinėti ir atšokinėti;
• Glaistymo metu gali atsirasti netolygi išvaizda dėl netolygaus paviršiaus odelaidumo.

Atliekant betonavimo darbus žemesnės temperatūros sąlygomis, reikalinga papildoma priežiūra ir priemonės, kurios padeda sumažinti šalčio poveikį:

• Kietėdamas betonas spinduliuoja šilumą - gali būti taikomas šildymas (elektrinis, dujinis) arba įrengiamos izoliuojančios medžiagos;
• Šilumos praradimą kietėjant įsivertina gamintojas - gali būti šildomi transportuojamas betonas ar statybinės dalys;
• Kadangi užšąlus vanduo išsipilstys, reikalinga didinti atsparumą užšalimui ir užtikrinti, kad betonas susiformuotų iki šalčio pradžios.

Infografika

Video įrašas

tags: #kaip #pleciasi #betonas #keiciantis #temperaturai