книги из ГПНТБ / Руководство по проектированию состава гидротехнических бетонов. П 21-74 ВНИИГ

нии 30—50 см от пограничной поверхности сказываются лишь в размере 5—10%. Поэтому суточные колебания температуры имеют значение лишь для поверхностных слоев, и вызываемые ими температурные напряжения не имеют существенного значе­ ния для массивного бетона.

Месячные и особенно годичные колебания внешней темпера­ туры сказываются более сильно. Первые проявляются на глубине 1—2 ж, а вторые — на глубине до 5, а в некоторых случаях до

10м.

6.Общее количество тепла, выделяемое портландцементом при гидратации, и интенсивность тепловыделения существенно зависят от минералогического состава клинкера и тонкости его помола.

Трехкальциевый алюминат (С3А) и трехкальциевый силикат (C3S) отличаются весьма энергичным тепловыделением в пер­ вые дни твердения и его замедлением в последующее время, остальные два основных клинкерных минерала: четырехкальцие­ вый алюмоферрит (C4AF) и двухкальциевый силикат (C2S) — в первые сроки выделяют очень малые количества тепла. По величине тепловыделения в цементе минералы располагаются в убывающем порядке: С3А, C3S, C2S, C4AF. Самым низким экзо­ термическим эффектом твердения обладает четырехкальциевый алюмоферрит. Цементы относительно бедные C3S и богатые C2S менее экзотермичны и твердеют медленнее.

7.Минералогический состав портландцемента определяют расчетом по результатам химического анализа. Более точным яв­ ляется определение минералогического состава путем петрогра­ фического исследования. Минералогический состав портландце­ мента можно устанавливать расчетом по данным полного хими­ ческого анализа при условии, что цемент не содержит в своем со­ ставе каких-либо тонкомолотых добавок.

8.Вычисление процентного содержания клинкерных минера­ лов в цементе по данным его химического анализа производится следующим образом:

1)Определяют коэффициент насыщения известью кремнезе­

2) Определяют степень основности силикатов кальция в це­ менте СО.

Под степенью основности силикатов кальция понимается чис­ ло молекул СаО, приходящихся на одну молекулу S i02.

60

Степень основности равна утроенному коэффициенту насыще­ ния СО = 3 КН.

В цементах, характеризующихся повышенным содержанием ИегОз и, следовательно, весовым отношением окислов AL2O3 и Fe203 меньше 0,64, формула для определения КН следующая:

Такой быстрый рост прочности и тепловыделения в первые дни твердения сопровождается замедленным нарастанием проч­ ности и теплового эффекта в последующие сроки твердения.

Чем меньше коэффициент насыщения, тем более замедленное нарастание прочности и тепловыделения наблюдается в первые дни твердения и интенсивное их нарастание в последующем.

Для массивных гидротехнических сооружений это является ценным свойством вяжущего с точки зрения уменьшения опас­ ности термического трещинообразования.

Наоборот, если процесс тепловыделения в первые дни проте­ кает быстро, то температура в бетоне сильно повышается и при­ менение такого цемента (с высоким коэффициентом насыщения)

61

может привести к возникновению трещин в блоках, в особенно­ сти, при их больших размерах.

Обычно применяемые портландцементы можно подразделить в зависимости от силикатной части клинкера, а следовательно, от коэффициента насыщения, на следующие три основные группы:

а) характеризующиеся высоким коэффициентом насыщения (0,92—1,00), а следовательно, быстрым нарастанием прочности, энергичным тепловыделением в первые дни твердения;

б) характеризующиеся низким коэффициентом насыщения (0,67—0,81), а следовательно, замедленным нарастанием прочно­ сти и уменьшенной экзотермией в первые дни твердения;

в) нормальные, занимающие по темпам нарастания прочно­ сти и тепловыделения промежуточное положение.

3) Процентное содержание в цементе клинкерных минералов C3S и C2S определяется по следующим зависимостям:

для трехкальциевого силиката

C3S = 3,80 (СО—2) SiO2 = 3,80 (ЗКН—2) Si02

Для двухкальциевого силиката

C2S =2,87(3 - СО)Si02 = 8,61 (1 — KH)Si02.

4) Процентное содержание в цементе минералов четырехкаль­ циевого алюмоферрита, трехкальциевого алюмината и заменяю­ щего последний двухкальциевого феррита определяется по сле­ дующим формулам:

при

С3А = 2,65 (AL20 3—0,64Fe2O3) ,

C 2F = 1,70 (Fe20 3 — 1,57 AL20 3) .

5) Процентное содержание сернокислого кальция по фор­ муле:

CaSO4=l,70SO3.

6) Процентное содержание периклаза по формуле:

MgO = MgO.

62

9. При наличии данных о минералогическом составе порт ландцемента, может быть вычислена теплота гидратации це­ мента по формуле:

10. Определенная расчетом по п. 9 теплота гидратации цемен та может использоваться только для предварительных ориенти­ ровочных соображений, так как в ней не учитывается ряд важ­ ных факторов. Для термических расчетов следует применять дан­ ные о тепловыделении цементов, установленные эксперименталь­ ным методом (см. табл. 11—2).

п„300“ 35 55 70

63

11. Увеличение тонкости помола портландцемента заме повышает его тепловыделение, особенно в начальные сроки твер­ дения. По данным исследований при увеличении тонкости помола портландцемента от 2800—3000 см2/г до 5000—5500 см2/г вели­ чина удельного тепловыделения бетона в возрасте 7 суток возра­ стает примерно на 20—25 кал!г, или же увеличение удельной поверхности цемента на 100 см2/г вызывает повышение тепловы­

14.Для определения теплоты гидратации цемента действую­ щим ГОСТом 4798—69 * предусмотрен термосный метод, который заключается в определении теплоты гидратации цемента путем непосредственного измерения температуры цементного раствора, твердеющего в термосе.

15.Основными мероприятиями, уменьшающими опасность появления трещин в бетоне от тепловыделения цемента, явля­ ются:

а) уменьшение до допустимого минимума содержания це­ мента а 1 ж3 бетона, эффективность этого мероприятия видна из рис. 2, 3;

б) применение цементов с низким тепловыделением;

64

в) технологические и конструктивные мероприятия, способ­ ствующие охлаждению бетонной кладки (понижение темпера­ туры бетонной смеси при ее укладке, оставление пазух в соору­ жении, применение трубного охлаждения и др.);

г) правильный выбор размеров блока и разрезки на блоки сооружения. Массивные гидротехнические сооружения следует проектировать с зональной разрезкой. В табл. 11 —13 настоящего Руководства приведены средние расходы цемента с учетом ма­ рок бетона при зональном расппеделении бетона в сооружении.

16. Необходимые для расчета температурно­ го режима бетонного сооружения теплофизи­ ческие характеристики бетона устанавливают­ ся на основании резуль­ татов лабораторных ис­ следований. При отсут­ ствии таковых, а также на предварительных стадиях проектирова­ ния при малых объемах бетонной кладки и для

менее ответственных

= 1• 10- 5 .

Коэффициент теплопроводности Я =1,7 ккал/м^ч» град. Удельная теплоемкость С= 0,23 ккал/кг • град. Коэффициент температуропроводности а = 3 - 10~3 м2/ч.

17.Повышение однородности бетона увеличивает его трещиностойкость.

18.Трещиностойкость бетона гидротехнических бетонных со­ оружений при равных условиях определяется в основном проч­ ностью на осевое растяжение и величиной предельной растяжи­ мости бетона.

19.Бетоны на щебне, особенно на щебне карбонатных пород, имеют относительно большую прочность при осевом растяжении по сравнению с бетонами на гравии.

20. Отношение прочности бетона при осевом растяжении к прочности при сжатии изменяется со временем твердения бе­ тона и стабилизируется для портландцементов примерно к 90 сут, уменьшаясь с увеличением его возраста.

21.В бетоне на шлакопортландцементе имеет место более благоприятное соотношение прочностей растяжения и сжатия, чем на портландцементе.

22.Интенсивность нарастания тепловыделения и прочности во времени не одинакова; в начальный период твердения (до 7— 10 сут) интенсивность нарастания тепловыделения больше, чем

прочности; в последующий период — нарастание прочности, как правило, обгоняет нарастание тепловыделения. В семисуточном возрасте прочность портландцементов средней алюминатности обычно около 65—70% от прочности в возрасте 28 сут, в то же время величина тепловыделения к этому возрасту составляет 85—90 % от тепловыделения в 28 сут.

23. В малоцементных бетонах снижение температуры в блоке (условия близкие к адиабатическим) на ГС достигается умень­ шением расхода цемента примерно на 7— 8 кг/мг бетона. В бето­ нах с расходом цемента более 200 кг/м3 в аналогичных условиях снижение температуры на Г С достигается уменьшением расхо­ да цемента порядка на 10 кг/мг.

24. Важным способом снижения тепловыделения цемента при твердении массивного бетона является применение смешанных цементов (пуццолановых, шлакопортландцементов и с добав­ кой золы-уноса), обеспечивающих минимальное тепловыделение, что должно достигаться применением соответствующих клинке­ ров и тонкомолотых добавок. Это особенно важно для подводной и внутренней зон массивных гидротехнических сооружений. Для морозостойкой зоны рекомендуется применять чистоклинкерный портландцемент с умеренной экзотермией следующего минера­

быть менее величины для данной активности вяжущего, приве­ денной в табл. 11—3.

26. Существенное замедление скорости тепловыделения жет быть достигнуто путем введения поверхностно-активных до­ бавок, так как при этом снижается водопотребность и расход

66

цемента. В зависимости от вида бетона (расхода цемента и др.) рекомендуется применять воздухововлекающие добавки СЫВ или пластифицирующие добавки СДБ (см. п. 3.9).

27.С целью снижения тепловыделения рационально уклады­ вать во все зоны массивных гидротехнических сооружений мало­ подвижные бетонные смеси с добавкой поверхностно-активных веществ.

28.С целью сокращения расхода цемента и водопотребности следует предусматривать в проектах применение хорошо фрак­ ционированных и мытых заполнителей с наибольшей возможной крупностью (до 120 мм)\ частицы мельче 0,05 мм удаляются из заполнителей путем промывки.

29. Отсутствие охлаждения составляющих бетонной смеси

влетнее время приближает температуру укладываемого бетона

ктемпературе наружного воздуха, а отсутствие искусственного охлаждения уложенного бетона в блоках способствует значитель­ ному его разогреву.

30.При трубном охлаждении бетона в начальный период твердения рационально применять цементы с замедленным теп­ ловыделением для уменьшения перепада температур между бетоном и наружным воздухом и снижения температурных на­ пряжений во избежание микротрещин.

ного блока другим через 7—10 сут желательно использовать

коэффициента теплоотдачи от поверхности бетона к воздуху. Для увеличения скорости теплоотдачи рекомендуется поливка бетона холодной водой, вентиляция, использование полой металличе­ ской опалубки с циркуляцией холодной воды и др.

31. Рекомендуется укладывать во все зоны массивных гидро­ технических сооружений бетонную смесь с температурой в мо­ мент перекрытия одного слоя бетонной смеси другим в зимнее время не более 5° С, в летнее время не более 10° С. Температура бетонной смеси должна быть обоснована расчетом.

32. Резкое снижение температуры наружного воздуха в осен­ ний период ведет к столь же резкому снижению температуры на­ ружных слоев бетона, т. е. к образованию большого перепада температуры в бетонном блоке, что является основной причиной трещинообразования.

33. Для соблюдения проектных марок бетона и повышения трещиноустойчивости в поверхностных слоях бетона при бетони­ ровании в зимнее время необходимо:

1) сохранение положительных температур в уложенной бе­ тонной смеси и в местах контакта с охлажденными поверхно­ стями бетона и арматурой;

2) создание температурного режима твердения, обеспечиваю­ щего необходимое нарастание прочности бетона в заданные сроки;

3) ограничение при распалубке блоков температурного пере­ пада между воздушной средой и поверхностными слоями мас­ сива, а также между поверхностными слоями массива и его ядром; практически бетон, уложенный в осенний период, дол­ жен находиться в опалубке в течениё не менее двух зимних пе­ риодов.

34. При зимних бетонных работах умеренное, однако не чрез­ мерное, тепловыделение цемента во время твердения в опреде­ ленных условиях может оказаться полезным, так как оно замед­ ляет понижение температуры свежеуложенного бетона.

35. Блоки, твердеющие в зимний или осенний периоды при более низких температурах наружного воздуха, имеют более низ­ кую температуру в ядре блока, и при хорошо утепленной наруж­ ной поверхности трещины в бетоне должны отсутствовать.

36. Ранняя распалубка блоков приводит к большому пере­ паду температур и увеличению трещинообразования.

Приложение 12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЫШЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ТВЕРДЕНИИ БЕТОНА ЗАДАННОГО СОСТАВА

Определение максимально возможного повышения темпера­ туры при твердении бетона заданного состава с целью выявле­ ния опасности трещинообразования в бетоне из-за возникающих температурных напряжений в адиабатических условиях может быть произведено двояко:

а) прямым опытом — определение повышения температуры бетона в адиабатическом калориметре непосредственного наблю­ дения;

б) расчетным способом по рекомендуемой (для ориентиро­ вочных подсчетов) формуле:

1 1 ________ Я______

[0,2(1 + П + Кр) + В/Ц’

где q — теплота гидратации цемента (в кал/г), определенная по термосному

методу (п. 14 приложения 11, настоящего Руководства и ГОСТ 4798—69* «Бетон гидротехнический. Методы испытаний материалов для его приготовле­ ния»); 0,2 — удельная теплоемкость цемента (в кал/г) песка и крупного за­

полнителя; П — количество песка (по весу), приходящееся на одну весовую

68

единицу цемента; Кр — количество крупного заполнителя, приходящееся на одну весовую единицу цемента; В/Ц — водоцементное отношение ( в пределах

0,42—0,75).

В процессе составления проекта производства работ (разбив­ ка сооружения на блоки, установление темпов и периода бето­ нирования и др.) должны быть выполнены термические расчеты и определено предельно допустимое повышение температур в центре блока и других частей. Эти предельные цифры должны учитываться при подборе состава бетона, исходя из тепловыделе­ ния конкретного вяжущего и расхода цемента в бетоне путем расчета возможного разогрева в центре блока по приведенной выше формуле.

Приложение 13

О ВЫБОРЕ КОЛИЧЕСТВА ФРАКЦИЙ И ПРЕДЕЛЬНОЙ КРУПНОСТИ ЗАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ БЕТОНА

Количество фракций заполнителя бетона в зависимости от характеристики карьеров и качества материала, а также от тре­ буемых марок бетона, естественно, может в некоторых пределах колебаться. Для обычных условий гидротехнического строитель­

это имело место на некоторых стройках.

В противном случае следует перейти на более узкий диапазон размера фракций, как то 5—20, 20—40, 40—80 и 80—120 мм.

Зависимость некоторых важных параметров бетона от пре­ дельных значений размеров крупного заполнителя сводится

кследующему.

1.Увеличение размера крупного заполнителя вызывает возр стание объемного веса бетонной смеси и бетона, так как процент

содержания камневидной составляющей в бетоне возрастает с увеличением диаметра крупного заполнителя, а содержание це­ ментного камня, имеющего, как правило, меньший объемный вес, чем заполнители в бетоне, соответственно уменьшается. Это видно из табл. 13—1.

69