6. CHARAKTERYSTYKI SKUTKÓW KLIMATYCZNYCH NA DOJRZEWAJĄCY BETON

Transkrypt

1 6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton 1 6. CHARAKTERYSTYKI SKUTKÓW KLIMATYCZNYCH NA DOJRZEWAJĄCY BETON 6.1 Wpływ czynników klimatycznych na świeżą mieszankę betonową Zgodnie z powszechnie znanymi badaniami wielu autorów wzrost temperatury powoduje szybsze twardnienie zaczynu cementowego. W warunkach krajowych normowe zaczyny cementowe badane przy temp. otoczenia 18 0 C +/ C wykazują następujące czasy początku wiązania: - cementy portlandzkie 35: od 2 godz., 10 min., do 5 godz., 5 min. - cementy portlandzkie 45 i cementy szybko twardniejące: od 1 godz., 55 min., do 3 godz. Zwykłe cementy portlandzkie produkowane za granicą (USA) charakteryzują się czasami początku wiązania zaczynu z przedziału 1 godz., 50 min., do 2 godz. Wpływ wzrostu temp. na skrócenie czasu początku wiązania zaczynów jest wyraźne. Autorzy zagraniczni, m.in. J. Brocard podają następujące czasy początku wiązania zaczynów z cementem portlandzkim przy zmieniających się temp. zaczynu: C 3godz.., 15 min C 2godz., 40 min C 1 godz., 15 min C - 30 min. Początek wiązania świeżego betonu w stosunku do zaczynu może być opóźniony, o ile wskaźnik wodo cementowy betonu jest wyższy od wskaźnika wodo cementowego zaczynu. W przypadku wskaźnika W/C w betonie z przedziału współczynnik opóźnienia czasu początku wiązania w stosunku do zaczynu waha się od 0.7 do 1.8. Rys. 6.1 Zmiana konsystencji betonu wraz ze wzrostem temperatury Konsekwencją wzrostu temperatury wyprodukowanej i transportowanej mieszanki betonowej jest zmiana jej konsystencji. Zmiany konsystencji mieszanki w okresie od jej wyprodukowania do ułożenia (a więc w ciągu około 40 min.) poddanej działaniu wzrastających temp. (od 10 0 do 50 0 C) mierzonej wielkością opadu stożka (wg. następującej skali: konsystencja plastyczna od półciekła m., ciekła powyżej 0.15 m.) pokazano na rys. 6.1 (krzywa a). Zachowanie projektowane urabialności wymaga w takim przypadku uzupełnienia straconej wody. Zwiększenia ilości wody można wykonać wykorzystując dane z krzywej b. Ilustruje ona procentowy wzrost ilości wody przy przewidywanej zmianie konsystencji,

2 6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton 2 mierzonej wielkością opadu stożka o 2.5 cm. Znając warunki prowadzenia robót oraz przewidując, na podstawie krzywej a, możliwą zmianę konsystencji z tytułu działania wysokich temp., można z krzywej b obliczyć procentowe zwiększenie wody zarobowej. Przy założonej z góry konsystencji mieszanki betonowej (opad stożka o 7.5 cm) i zmiennych temp. otoczenia zwiększenie ilości wody można odczytać z rys Zjawisko utraty wody z ułożonej już mieszanki potęgują dodatkowo wiatry oraz niedosyt wilgotności. Znając temp. powietrza, wilgotność względną pow., temp. betonu i prędkość wiatru można z wykresu przedstawionego na rys. 6.3 odczytać ubytek wody w ciągu godz. Z 1 m2 zabetonowanej pow. Szczególnie niekorzystnie na wielkość wyparowania działa wiatr. Wielkość wyparowania wody większa od 0,5 kg/m2 w ciągu godz. zmusza wykonawcę do podjęcia środków ostrożności przeciw zmianie konsystencji mieszanki (rys. 6.1a), przedwczesnemu wysuszeniu betonu i zjawiskom skurczowym. Rys. 6.2 Wzrost zapotrzebowania wody zarobowej wraz ze wzrostem temperatury Zmniejszenie się pod wpływem zwiększających się temperatur parcia mieszanki betonowej na deskowanie. Parcie poziome można wyrazić wzorem: Pm = 38,88 Vm*n 1 *n 1 *n 3 KN/m 2 Vm - prędkość układania mieszanki w deskowaniu, m/godz, n1 - współczynnik zależny od konsystencji mieszanki, n2 - współczynnik zależny od temperatury mieszanki, n3 - współczynnik zależny od składu mieszanki, nie komentowany szerzej ze względu na niezależność od warunków klimatycznych. Określone dla warunków normalnych wielkości parcia poziomego na deskowanie o wysokości 2,5 m wahają się- w zależności od prędkości układania i konsystencji mieszanki od 23 KN do 45 KN (tj.2300kg i 4500 kg) na 1 m 2 pow. deskowania.

3 6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton 3 Rys. 6.3 Wyznaczenie ilości wyparowanej wody zarobowej z betonu przy zmiennych temperaturach, wilgotnościach względnych powietrza i prędkościach wiatru

4 6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton Wpływ wzrostu temperatur na wytrzymałość betonu w okresie początkowym po 28 dniach dojrzewania Decydujący wpływ na przebieg procesu narastania wytrzymałości mają: tempera, czas tężenia i ilość wody będącej do dyspozycji uwadnianego cementu. Wykonywa w warunkach normalnych betony żwirowe na cementach portlandzkich i dojrzewające w temperaturach od 1 0 C do 25 0 C wykazują stałą tendencję przyrostową wytrzymałości. Przy wyższych temp. dynamika przyrostów wytrzymałości w początkowym okresie jest jeszcze wyższa, lecz w późniejszych okresach dojrzewania (po 10 dniach od momentu ułożenia) obserwuje się systematyczne zaniżanie wytrzymałości w stosunku do betonów dojrzewających w temp C+/- 2 0 C. Związki między temp. okresami dojrzewania i procentowymi przyrostami wytrzymałości ilustruje rys. 6.4a. a) b) Rys. 6.4 Związki między temperaturą, czasem dojrzewania i procentowymi przyrostami wytrzymałości : a) przyrosty wytrzymałości betonu przy różnych temperaturach, b) względne przyrosty wytrzymałości betonu przy przyjęciu dojrzewania w temperaturze + 23 C za 100 % Z wykresu 6.5 odczytać można bezwzględne przyrosty betonu wytrzymałości ( w MPa ) po 1 i 28 dniach dojrzewania w zależności od temperatury. Studiując wykresy można więc stwierdzić, że bezpieczna temperatura mieszanki betonowej wynosi około 32 0 C bowiem przy tej temp. zaniżenia wytrzymałości po 28 dniach są minimalne (rzędu kilku%).

5 6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton 5 Rys. 6.5 Wytrzymałość betonu po 1 i 28 dniach w zależności od temperatury Przyczyny zaniżeń wytrzymałości w stosunku do tężenia betonu w warunkach normalnych doszukiwać się należy w szybszym wyparowywaniu ze świeżej mieszanki oraz gwałtowniejszej hydratacji. Prowadzi to do przyspieszonego wiązania i niższej wytrzymałości stwardniałego betonu, ponieważ utworzony z żelu szkielet jest mniej jednorodny. 6.3 Skurcz betonu i zarysowanie zaformowanej powierzchni Na skutek odparowania wody z pow. ułożonego betonu tworzy się w przekroju betonowym nierównomierne pole wilgotności, a warstwy betonu znajdujące się bliżej pow. mają mniejszą wilgotność od warstw położonych głębiej. Różnice wilgotności wywołujące skurcz betonu powodują występowanie w górnych warstwach naprężeń rozciągających σ r zgodnie z zależnością : σ r = β * Er * u gdzie: ß jednostkowe odkształcenie betonu np. w m/m wywołane jednostkową zmianą wilgotności wagowej kg/kg przy równomiernym wysychaniu Er moduł odkształcenia tężejącego betonu, u różnica wilgotności wagowej Ukr Uτ Szczególnie niebezpieczne jest parowanie z konstrukcji o dużym module pow. wyparowania m (m= F/V, m -1, gdzie F jest pow., a V objętością elementu; przyjęto przy tym, że m<2 odnosi się do konstrukcji masywnych, 2< m < 15 dla średniej masywności, m> 15 dla nie masywnych). W takich przypadkach straty wody w wyniku wyparowania są na ogół większe od ilości wody dopływającej z wnętrza betonu i po krótkim okresie U<Ukr. Prowadzi to do powstawania w tych elementach rys, jeśli występujące naprężenia rozciągające przekroczą wytrzymałość betonu na rozciąganie. Powyższe spostrzeżenia potwierdzają wykonawcy robót betonowych w Iraku. Na betonowych pow. kanałów melioracyjnych o grubości płyt 0.09m.

6 6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton 6 pojawiają się rysy mimo zabezpieczeń pow. powłokami syntetycznymi i nawilgacania podłoża przed betonowaniem. Za warunki krytyczne uważa się przypadki, gdy wielkość wyparowania wody ze świeżego betonu przekracza 0.98 kg/m 2 /godz. przy prędkości wiejącego wiatru V> 16km/godz. Widok gruntu w Iraku w porze suchej oraz skurczu betonu ułożonego na pustyni pokazano na rysunkach 6.6 i 6.7. Rys. 6.6 Spękana gleba w porze suchej Rys. 6.7 Charakterystyczny skurcz betonu ułożonego na pustyni przy wysokich temperaturach otoczenia. Zjawisko podobne do pękania gleby