6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton 1

Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r. Alma Mater

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 180C +/- 200C 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 po-czątku wiązania zaczynów jest wyraźne. Autorzy zagraniczni, m.in. J. Brocard podają następujące czasy początku wiązania zaczynów z cementem portlandzkim przy zmieniających się temp. zaczynu: - 150C – 3godz.., 15 min. - 300C – 2godz., 40 min. - 500C – 1 godz., 15 min. - 700C - 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 0.3-0.6 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 zmia-

na jej konsystencji. Zmiany konsystencji mieszanki – w okresie od jej wyprodukowania do ułożenia (a więc w ciągu około 40 min.) – poddanej działaniu wzrastających temp. (od 100 do 500C) mierzonej wielko-ścią opadu stożka (wg. następującej skali: konsystencja plastyczna od 0 – 0.07 półciekła 0.07 – 0.15 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,

6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton 2

Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r. Alma Mater

mierzonej wielkością opadu stożka o 2.5 cm. Znając warunki prowadzenia robót oraz przewidując, na pod-stawie krzywej a, możliwą zmianę konsystencji z tytułu działania wysokich temp., można z krzywej b obli-czyć 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. 6.2. Zjawisko utraty wody z ułożonej już mieszanki potęgują dodatkowo wiatry oraz niedosyt wilgotności. Zna-jąc temp. powietrza, wilgotność względną pow., temp. betonu i prędkość wiatru można z wykresu przed-stawionego na rys. 6.3 odczytać ubytek wody w ciągu godz. Z 1 m2 zabetonowanej pow. Szczególnie nie-korzystnie 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*n1 *n1 *n3 KN/m2 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 nieza-leżność 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 m2 pow. deskowania.

6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton 3

Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r. Alma Mater

Rys. 6.3

Wyznaczenie ilości wyparowanej wody zarobowej z betonu przy zmiennych temperaturach, wil-gotnościach względnych powietrza i prędkościach wiatru

6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton 4

Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r. Alma Mater

6.2 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 10C do 250C 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 ułoże-nia) obserwuje się systematyczne zaniżanie wytrzymałości w stosunku do betonów dojrzewających w temp. 180C+/- 20C.

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 320C bowiem przy tej temp. zaniżenia wytrzymałości po 28 dniach są minimalne (rzędu kilku%).

6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton 5

Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r. Alma Mater

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 doszuki-wać się należy w szybszym wyparowywaniu ze świeżej mieszanki oraz gwałtowniejszej hydratacji. Prowa-dzi 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 nie-równomierne 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 σr zgodnie z zależnością :

σr = 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 krót-kim okresie U<Ukr. Prowadzi to do powstawania w tych elementach rys, jeśli występujące naprężenia roz-ciągające przekroczą wytrzymałość betonu na rozciąganie. Powyższe spostrzeżenia potwierdzają wyko-nawcy robót betonowych w Iraku. Na betonowych pow. kanałów melioracyjnych o grubości płyt 0.09m.

6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton 6

Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r. Alma Mater

pojawiają się rysy mimo zabezpieczeń pow. powłokami syntetycznymi i nawilgacania podłoża przed beto-nowaniem. Za warunki krytyczne uważa się przypadki, gdy wielkość wyparowania wody ze świeżego betonu przekracza 0.98 kg/m2/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