Pastaruoju metu Lietuvoje sparčiai populiarėja monolitinio betono konstrukcijų įrengimas statybos aikštelėje. Augant tokių statybų mastui, ankstyvuoju betono kietėjimo periodu reikalinga efektyvi ir savalaikė monolitinio betono konstrukcijų stebėsena. Tai ypač aktualu masyvioms betono konstrukcijoms. Viena didžiausių klojinių ir pastolių gamintojų pasaulyje bendrovė PERI betono monolitinės statybos technologijoje pradeda plačiau taikyti pažangius betono kietėjimo kinetikos stebėjimo metodus (taikant mobiliąsias aplikacijas išmaniuosiuose telefonuose). Dermė su aplinka ypač aktuali statant inžinerinius statinius: tiltus, vėjo jėgainių pamatus, elektrines ir kt., kurių konstrukcijų priežiūros ir remonto sąnaudos ženklios, o ilgaamžiškumas turi didelę ekonominę ir strateginę vertę. Todėl sparčiai augant IT technologijų inovacijoms, ankstyvojo betono kietėjimo dinamiką konstrukcijoje realiuoju laiku būtų galima stebėti naudojant jutiklius-termoporas bei mobiliąsias aplicacijas išmaniuosiuose telefonuose.
Mobiliųjų aplikacijų, kaip modernių technologijų, poreikis atsirado greitėjant gyvenimo tempui, kuomet informacija yra reikalinga čia ir dabar. Be abejo, nereikia pamiršti, kad šių mobiliųjų aplikacijų programų veikimas pagrįstas moksliniais tyrimais, kurių pagrindu sukurtas vertinimo metodas vėliau tapo standartu. Šis metodas, leidžiantis prognozuoti betono kietėjimo dinamiką ankstyvuoju periodu, nėra naujas mokslo atradimas. Dar 1950-aisiais mokslininkai R. W. Nurse ir A.G.A. Saul sukūrė metodą, vėliau pavadintą Nurse-Saul betono „brendimo“ įvertinimo metodu. 1987 m. jis tapo „ASTM C1074“ standartu. Netrukus po to nuorodos į šį standartą atsirado JAV statybos techniniuose reglamentuose. Vienas jų yra „ACI 306R- 88 Cold Weather Concreting“ publikuotas 1991-aisiais. Supaprastinta metodo esmė - to paties gamintojo, tos pačios betono mišinio sudėties ankstyvojo kietėjimo dinamika priklauso nuo temperatūros ir laiko trukmės (toliau - temperatūrvalandės). Taigi, šio metodo praktiniam pritaikymui yra būtina mokslinių tyrimų laboratorijose atlikti atskirų betono sudėčių kietėjimo kinetikos ir sukietėjusio betono fizikinių ir mechaninių savybių tyrimus. Reikia įvertinti betono mišinių sudedamųjų dalių - cemento tipo ir rūšies, jo kiekio, V/C santykio bei betono įmaišų įtaką betono kietėjimo kinetikai, t. y. registruoti cemento hidratacijos metu išsiskiriančios šilumos pokyčius laiko atžvilgiu (°C × val.) ir lygiagrečiai temperatūrinių laiko diagramų sudarymo metu nustatyti betono gniuždomąjį stiprį po 1, 3, 7, 14 ir 28 kietėjimo parų (pagal „ASTM C1074“).
Gali kilti klausimas, kokia visų šių tyrimų nauda statybos inžinieriams? • vienu atveju tai leidžia padidinti klojinių panaudojimo apyvartumą (pavyzdžiui, anksčiau pradėti išmontuoti perdangos klojinius ir sykiu taupyti pinigus), nes tiksliai žinoma, kada konstrukcijos įrengimui panaudotas betonas pasiekė 70-80 proc. • kitu atveju išskiriamos šilumos stebėsena realiu laiku masyviose betono konstrukcijose leidžia imtis papildomų priemonių, siekiant išvengti defektų atsiradimo. Temperatūros kontrolė ankstyvojo kietėjimo metu leidžia užkirsti kelią nepageidautinų plyšių atsivėrimui, taip pat išvengti antrinio etringito formavimosi. Turint tyrimų metu gautus pirminius duomenis, betono gniuždomojo stiprio prognozavimas statybų aikštelėje tampa nesudėtingas. Apsisprendus pasitelkti išmaniąją sistemą, tereikia į monolitinio gelžbetonio konstrukciją prieš betono mišinio klojimą įklojinius sumontuoti jutiklius-termoporas „Giatec SmartRock2“. Kitas žingsnis - atsisiųsti programėlę „SmartRock“, ją įdiegti į išmanųjį telefoną ar planšetinį kompiuterį. Jutiklis-termopora sukauptą informaciją perduoda naudojant belaidžio ryšio technologiją. Iš jutiklio gauta informacija galima pasidalyti su komandos darbuotojais, informaciją gaunant realiu laiku arba ją nuolat atnaujinant.
Siekdami išmėginti programėlės „SmartRock“ ir jutiklio-termoporos „Giatec SmartRock2“ veikimo patikimumą, buvo atlikti tyrimai statybos aikštelėje. Realiame objekte įrengiant betono monolitinę perdangą jutikliai-termoporos iš anksto sumontuotos ant armatūros strypų. Darbai vyko vasarą, aplinkos oro temperatūra betonavimo metu siekė 21 °C, pristatyto betono mišinio temperatūra 24,2 °C, konstrukcijai įrengti naudotas betono mišinys (su rišimąsi lėtinančia įmaiša), atitinkantis LST EN 206-C30/37-XC4-Cl0,20-Dmax16-S3 betono klasei keliamus reikalavimus. Kaip matyti iš toliau pateikto paveikslo, betono kietėjimas vyko labai intensyviai ir trečią parą jau pasiekė apie 79 proc. projektinio stiprio. Panaudojant jutiklius-termoporas ir mobiliąsias aplikacijas, betono ankstyvojo kietėjimo dinamiką būtų galima stebėti nuotoliniu būdu. Tai leistų stebėti, fiksuoti ir reaguoti į situaciją realiu laiku, o perspektyvoje sumažintų ne tik finansines sąnaudas tiek statybos, tiek eksploatacijos metu, bet ir leistų sumažinti CO2 emisijas į aplinką pagal GWP metodiką.
Betono „džiūvimo“ ir kietėjimo samprata skiriasi. Džiūvimas - vandens garavimas iš paviršiaus, o kietėjimas - cheminis procesas hidratuojantis cementą, kuris užtikrina stiprumą, ilgaamžiškumą ir atsparumą įtrūkimams. Todėl betonas nedžiūsta tradicine prasme; jis kietėja hidracijos būdu, ir tam būtina nuolatinė drėgmė. Svarbiausias išsinešimui - betono kietėjimo laikotarpiu reikia laikytis drėgmės, temperatūros ir laiko sąlygų, kad pasiektų projektinį stiprumą.
Laikotarpiai: inicinis stingimas (2-6 valandos), galutinis stingimas (6-12 valandų), ankstyvas stiprėjimas (1-7 dienos), visiškas kietėjimas (28 dienos), ilga hidratacija (mėnesiai ar metai). Paprastai po 28 dienų betonas pasiekia apie 70-80 % projekto stiprumo; pilnas 100 % palyginamasis stiprumas dažnai pasiekiamas per 28 dienas. Džiūvimo laiką įtakoja aplinka - temperatūra, drėgmė, vėjas, mišinio projektavimas ir t. t.
Veiksniai, lemiantys ankstyvojo stiprumo pasiekimą
- Aplinkos veiksniai: temperatūra, drėgmė ir vėjas, kurie keičia hidratacijos greitį ir paviršiaus džiūvimo spartą.
- Mišinio projektavimas: vandens ir cemento santykis (V/C), priedai ir papildomi užpildai, kurie gali spartinti arba sulėtinti ankstyvąjį stiprumą.
- Tankinimas: vibracija siekiant pašalinti oro tarpus ir užtikrinti didesnį tankį.
- Kietėjimo temperatūra: rekomenduojama 12-22 °C siekiant optimalaus stiprumo ir mažesnės poringumo rizikos.
Kietėjimo metodai stiprumui optimizuoti
- Drėgmės palaikymas (vandens kietinimas): laistymas, šlapios džiuto dangos - taikoma konstrukcinėms elementams.
- Membranų formuojančios dangos: purškiami hermetikai sumažina garavimą, naudojami grindiniams plokštėms ir pan.
- Uždengimas plėvele ar brezentu: drėgno kietėjimo skatinimas, periodiškai laistoma.
- Garų kietėjimas: gali pagreitinti ankstyvąjį stiprumą (pvz., 18-24 valandomis).
Praktiški laikymo ir priežiūros pavyzdžiai
Prieš plytinę ar akmens apdailą ir kai betonavimo darbus derinti su temperatūra bei drėgme būtina laikytis rekomenduotų laikų: po išpylimo juosta turi būti palaikoma mažiausiai 28 d. ir drėgno kietėjimo etapas. Kietėjimo laikotarpiai skirti tiek paprastam Portlandcementiniam betonu, tiek šlakinio, vulkaninių pelenų cemento mišiniams, taip pat nepralaidumo ar plastifikatorių naudojimui. Daugelyje atvejų 14-28 dienų laikotarpiai yra standartiniai reikalavimai, kai reikia užtikrinti vandeniui atsparias savybes ar didelio tūrio betono stabilumą.
Šiandien įmonės siūlo praktinį sprendimą ankstyvojo kietėjimo dinamikos stebėsenoje realiu laiku naudojant jutiklius-termoporas ir mobiliąsias aplikacijas. Tai ypač svarbu inžineriniams statiniams - tiltų, vėjo jėgainių pamatuose, elektrinėse ir kt. - kur ilgaamžiškumas turi didelę ekonominę vertę. Tokia stebėsena padeda užkirsti kelią įtrūkimams, sumažinti defektus ir optimizuoti laiką montavimui bei demontavimui, o CO2 emisijas vertinti per GWP metodiką.
Teoriniai pagrindai ir praktiniai numeriai
Standartai ir metodikos, nuo Nurse-Saul iki ASTM C1074 ir ACI 306R-88, suteikia pagrindus vertinant ankstyvąjį kietėjimą: nuo temperatūros priklausomų šilumos išsiskyrimo grafiko sudarymo iki galutinio gniuždomojo stiprio prognozavimo. Į laboratorinę praktiką įtraukti įvairių komponentų įtakos kietėjimo kinetikai: cemento tipas, vandens kiekis (V/C), priedai (akceleratoriai, lėtokintuvai, pozzolaninės medžiagos) ir mišinio tankis. Rezultatas - galimybė planuoti demontavimą, išvengti defektų ir pasiekti norimą stiprumą žymiai anksčiau nei įprastu būdu.
Procedūros dėl šalčio ir klimato įtakos
Permainingo Lietuvos klimato kontekste būtina įtraukti papildomą priežiūrą ir apsaugos priemones: šildymas, izoliacija, drėgmės palaikymas, vėdinimo kontrolė. Kietėjimas šaltyje reikalauja ypatingų sąlygų, kitaip gali kilti užšalimo rizika, plečiasi poros, pablogėja ilgaamžiškumas. Tuo pačiu metu temperatūros ir drėgmės kontrolės sprendimai gali žymiai pagerinti ankstyvąjį stiprumą ir sumažinti laiką, per kurį galima pradėti tolesnius darbus.