Комплексное влияние состава бетона на термомеханическое поведение массивного бетона
Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Абстрактные
Настоящая работа представляет собой комплексное исследование влияния типа цемента и заполнителя на термомеханические свойства массивного бетона. В опытных испытаниях использовали шесть видов цемента с различным содержанием неклинкерных составляющих и четыре вида заполнителей. Особое внимание уделялось малоклинкерным цементам с высоким содержанием кремнистой летучей золы и молотого доменного шлака. Экспериментальные исследования включали определение тепловых, механических и реологических свойств раннего бетона с различными составляющими. Экспериментальные результаты использовались как для проверки численной модели, так и для анализа типовой фундаментной плиты. Результаты подтверждают важность состава бетонной смеси и показывают, что ранняя объемная деформация и возможное растрескивание являются результатом согласованного действия термических и механических свойств бетона. Полученные результаты свидетельствуют о том, что гранит является лучшим заполнителем для массивного бетона. Что касается типа цемента, для цементов с летучей золой и композиционных цементов, содержащих как летучую золу, так и шлаки, было отмечено гораздо лучшее поведение массивного бетона, чем для цементов, содержащих только шлак.
Ключевые слова: массивный бетон, ранние возрастные свойства, малоклинкерный цемент, заполнитель, температура твердения, механические свойства, усадка, ползучесть, ранние старческие напряжения
1. Введение
Повышение температуры при гидратации цемента до сих пор остается открытой проблемой при возведении конструкций из массивного бетона. Из-за значительной толщины таких конструкций количество выделяемого тепла является значительным, и сердцевина бетонного элемента достигает особенно высоких температур, которые также выше, чем температура его поверхностных слоев. Такое неравномерное распределение температуры и ее изменение во времени вызывает термические деформации. Кроме того, усадочные деформации также наблюдаются в бетоне раннего возраста из-за процесса гидратации и влагообмена с окружающей средой. Следовательно, в бетонной конструкции возникают напряжения, которые, если их не контролировать должным образом, могут привести к растрескиванию, что повлияет на срок службы конструкции. Это раннее растрескивание термического и усадочного происхождения может инициировать коррозию арматуры. Более того, в более позднем возрасте ширина трещины может увеличиваться за счет экологических и механических нагрузок.
Величина начальных объемных термоусадочных изменений и возможного растрескивания зависит как от материальных, так и от технологических факторов. Среди прочего, здесь можно указать состав бетонной смеси, тип компонентов бетона, условия твердения бетона, величину объема бетона и условия закрепления конструкции [1,2]. В этом отношении особенно существенное влияние на обсуждаемые объемные изменения оказывает состав бетона [3,4,5,6]. Отсюда одним из способов снижения негативных последствий саморазогрева массивных конструкций является применение цементов с умеренной или низкой теплотой гидратации. Таким образом, наиболее практичным способом ограничения теплоты гидратации и, как следствие, температуры твердения является замена портландцемента некоторыми неклинкерными составляющими, такими как кремнистая летучая зола (FA) или молотый доменный шлак (GBFS). Такая замена создает связующее, которое выделяет гораздо меньше тепла [7,8]. Несомненно, что недостатком цементов с бесклинкерными составляющими является набор прочности, который происходит медленнее в раннем возрасте и может снижать несущую способность конструкции [9,10,11]. Более медленный набор прочности в раннем возрасте объясняется более медленной пуццолановой реакцией шлака и летучей золы по сравнению с портландклинкером. Однако было доказано, что пуццолановая реакционная способность шлака и золы-уноса способствует набору прочности в более позднем возрасте [9,10]. Экспериментальные результаты в этой области наглядно показывают решающее влияние количества неклинкерных компонентов в цементе на увеличение прочности бетона [12].
Однако изучение объемных изменений массивного бетона в раннем возрасте не может ограничиваться только теплотой гидратации и развитием прочности. Как подчеркивалось в [4,5,6], необходимо учитывать все свойства материала, влияющие на начальные объемные изменения и возникающие напряжения в бетоне. Следовательно, совокупность параметров, включая скорость теплоты гидратации, теплопроводность, теплоемкость, термическое расширение, модуль упругости, предел прочности при растяжении и ползучесть в зависимости от времени созревания, сильно зависит от температуры затвердевания и должна приниматься во внимание. Можно заметить, что многие исследования рассматривали влияние различных составляющих бетона и описывали свойства бетона раннего возраста независимым образом без комплексного анализа термомеханического поведения реальной структуры массива. Относительно редкие работы в этой области обычно относятся к экспериментальному исследованию отдельных свойств или проверке экспериментальных испытаний, проведенных на лабораторных образцах [4,5,6]. Если анализируется реальная структура, обычно часть входных данных основывается на теоретических предположениях.
Эта статья посвящена общему поведению массивной бетонной конструкции на ранних этапах старения, изготовленной из бетона с различными компонентами. В частности, изучено влияние типа цемента и заполнителя на формирование температуры твердения, потери влаги и развития напряжений в бетоне раннего возраста. Работа состоит из экспериментального и численного исследования. В экспериментальной части рассмотрены шесть видов цемента с различным содержанием неклинкерных составляющих (зольная пыль и шлак) и четыре вида заполнителей (гравий, базальт, гранит и известняк). Особое внимание уделялось малоклинкерным цементам с высоким содержанием кремнистой золы-уноса и молотого доменного шлака. Поэтому в бетонах применяют цементы, содержащие даже 68 % неклинкерных составляющих. Экспериментальные исследования включали определение тепловых (теплота гидратации, теплопроводность и емкость, изменение температуры), механических (модуль упругости, прочность на растяжение и сжатие) и реологических (усадка и ползучесть) свойств бетонов раннего возраста с различными составляющими. Во-первых, полученные экспериментальные результаты были использованы для проверки применяемой численной модели. Далее был выполнен расчет массивных фундаментных плит. Основная цель этого анализа состояла в том, чтобы показать, что ранняя объемная деформация и возможное растрескивание являются результатом согласованного действия многих факторов, связанных с тепловыми и механическими свойствами бетона.
2. Экспериментальные исследования
2.1. материалы
В экспериментах использовались два состава бетонной смеси с различным типом цемента и заполнителя, как показано в таблице 1. Бетон типа А применялся для заполнителей из гравия и известняка, а тип В состоял из заполнителей из базальта и гранита.
Учебное пособие по огнеупорному бетону – рецепт и инструкции
Замешивание жаропрочного раствора без бетономешалки
Рецепт смеси и ингредиенты огнеупорного бетона. Смешивание жаропрочного бетона вручную с картинками.
Жаропрочный огнеупорный бетон
Есть два пути; два типа жаростойких бетонов, которые можно приготовить. Дешевле и дороже – сильнее и слабее под жарой. Первый из них высокотемпературный огнеупорный бетон. Этот тип выдерживает очень высокие температуры и может использоваться для горячих забоев.
Что такое горячее лицо?
Горячая поверхность — это любая поверхность, обращенная к основному теплу, выделяемому источником тепла (например, дровами, газовой горелкой, электрической нагревательной спиралью и другими элементами, производящими тепло). Внутренние стены, пол и арки, сделанные из огнеупорного кирпича внутри печи для пиццы, являются горячей поверхностью. Огнеупорные кирпичи сталкиваются с жарой, жарким пламенем дров и раскаленными углями. Огнеупорный бетон может противостоять теплу, поэтому применяется как горячая поверхность.
Огнеупорный или жаростойкий бетон можно смешивать с жаростойким цементом или приобретать готовый в мешках в качестве готовой смеси. Упакованный чаще всего называют литейным.
Но, говоря о том, что, хотя он и тугоплавкий, все же не так просто отливать из него большие горячие лицевые секции. Совсем другое дело – заполнять дыры и неудобные места отливками. Большие блоки имеют тенденцию трескаться в результате так называемой разницы температур в материале или, другими словами, разницы температур в материале, что является очень мощным природным явлением. Но эй, не беспокойтесь, приятель, к счастью, у нас все еще есть огнеупорные кирпичи (огнеупорные кирпичи, эти милые маленькие фрагменты) для правильного изготовления купольной части (узнайте больше о тепловых различиях в материалах – в основном это связано с усадкой охлажденных краев, а также поверхности, в то время как середина все еще горячие и расширенные).
Мудрая идея состоит в том, чтобы смешать жаропрочный цемент, например, алюминат кальция, с шамотным шамотом. Грог получают в основном из дробленого огнеупорного кирпича. Компании, производящие огнеупорные материалы (например, Claypave Pty. Ltd. в Динморе, штат Квинсленд, Австралия), или те, кто перепродает только шамотный кирпич, обычно также продают шамотный кирпич, готовые предварительно смешанные огнеупорные растворы и шамот. Существует много различных типов огнеупорных цементов, некоторые из них разрешено смешивать с известью, гипсом или шамотом, но другие нельзя смешивать с ними, потому что их химические свойства не позволяют этого, скорее они загрязняются аналогичными добавками. Так как они отличаются, прочтите инструкцию по применению, напечатанную на конкретном мешке с цементом, также его производитель с удовольствием предоставит вам распечатку – там будет точно сказано, как и что можно сделать.
Теперь, Второй тип жаропрочного бетона. Это более низкий класс теплостойкости бетона, более низкий класс теплостойкости, но, тем не менее, он может успешно применяться во многих областях, которые также сильно нагреваются. Например, такие слои, как те, что находятся на другой стороне шамотных кирпичей, на внешней стороне шамотных кирпичей, плита под обогреваемым полом из шамотных кирпичей или облицовка купола из шамотного кирпича, части дымохода и т. д.
В этот тип бетона входит обычный портландцемент (портландцемент часто также называют цементом GP, и этот тип уже немного тугоплавкий) и, конечно же, известь. И известь, и портландцемент являются связующими веществами и более подробно описаны ниже. Вместо шамотного грога можно использовать речной песок и речные камни. Песок и камни, которые приходят из реки. При покупке его легко узнать; то, что идет из реки, круглое и не острое, в отличие от в основном дробленого материала, поступающего к нам из каменоломен, иначе любой из них является строительным материалом.
С помощью нескольких дополнительных рук (плюс увлажняющие жидкости и питательная энергия по вашему выбору. «Хотите узнать, что я выбираю?») вы можете смешать любой из этих бетонов вручную в тачке или на земле, потому что в меньшем размере работы, такие как печи для пиццы семейного размера, не так много его уходит. См. следующую последовательность изображений.
Ингредиенты для жаростойких бетонов и формула смешивания:
Огнеупорный грог (дробленый огнеупорный кирпич) или речной гравий с песком
Огнеупорный цемент (например, цемент из алюмината кальция. Если доступны разные сорта, выберите лучший)
Известь (известь обычно дешевле, около 80% от цены цемента. Известь применяется, если вы используете тип портландцемента)
воды
При использовании жаропрочного бетона, смешанного с портландцемента, вы можете добавить в эту смесь немного стандартного шамота, если хотите.
Смесь: (соотношение частей 3 x 2 x 2 x 0.5, плюс вода)
3 лопаты гравия или грога/колотого огнеупорного кирпича
2 лопаты песка (только для портландбетона)
2 лопаты цемента
1/2 лопатки извести (для портландбетона)
На это количество потребуется примерно 6-7 литров воды для замешивания бетона.
Ингредиенты в наши дни портландцемент составляют:
от 60% до 67% СаО
от 17% до 25% SiO 2
от 3% до 8% Al 2 O 3
до 6% Fe 2 O 3
plus может также содержать минимальное количество MgO, MgSO 4 , Na 2 O и K 2 O
Что это за известь? Гашеная известь?
Да, это гашеная известь, гидроксид кальция, обычно продается в магазинах в мешках. Гидроксид кальция представляет собой химическое соединение с химической формулой Ca(OH) 2 или традиционно называемое; Гашеная известь, травильная известь, но чаще всего строителями в качестве Гашеная известь.
Сухие ингредиенты огнеупорного бетона
Насыпьте сухой гравий и песок на тонкий металлический или пластиковый лист или на чистую бетонную поверхность в месте, которое вы можете немного испачкать. (Обязательно очистите участок и инструменты водой после работы с цементом.)
Добавьте цемент и известь поверх гравия и песка.
Цемент из алюмината кальция и известь лучше всего работают в качестве цемента в условиях горячей варки – это относится к огнеупорному бетону, а также к жаростойким растворам.
(Известь иногда смешивают с огнеупорными глинами. Это смешивается как обычный раствор на основе цемента, но половина цемента заменяется известью. Цемент скрепляет его, когда он высыхает, но когда тепло проникает в цемент и выжигает его. , известь держит все это вместе. Известь, используемая в строительстве – гидроксид кальция Ca(OH) 2 [оксид кальция CaO известняка] используется для приготовления раствора и цемента.)
Смешивание сухих огнеупорных компонентов бетона
Прежде чем добавить воду, хорошо перемешайте все сухие ингредиенты лопатой, беря снизу и помещая каждую лопату сверху, пока смесь не приобретет однородный цвет.
Добавление воды в огнеупорный бетон
Сделайте отверстие посередине и влейте около 2 литров воды. Продолжайте перемешивать лопаткой, как вы это делали с сухими ингредиентами. Смесь станет полусухой.
Полусухой огнеупорный бетон
Добавьте еще пару литров воды и снова перемешайте таким же образом.
Добавление большего количества воды в огнеупорный бетон
Это хорошее упражнение, но вскоре вы начнете замечать, что бетон становится работоспособным. Если он все еще слишком сухой, добавьте немного воды, но не слишком много на этом этапе, потому что консистенция может внезапно измениться. Если вы добавите слишком много, не волнуйтесь; добавьте больше сухих ингредиентов в том же соотношении и просто перемешайте. Смешивание может сделать любой. (о правильном добавлении воды читайте внизу страницы)
Огнеупорный бетон хорошей консистенции
Смешивание огнеупорного бетона таким образом, без бетономешалки, не очень сложная работа. Это весело, и мне кажется, это проще, чем замешивать тесто для пиццы. На один купол дровяной печи уходит примерно 0.5 кубометра щебня – работа небольшая, но интересная/приятная.
Правильная консистенция достигается, когда вы перестаете видеть сухие пятна в смеси, и когда не слишком много воды показывает или мешает бетону сохранять свою форму на земле, как будто он как бы стоит, а не течет. Когда вы складываете его лопатой, он должен сидеть, оставаться высоко и держаться вместе.
Например, правильная консистенция достигается, когда из горсти бетона можно сформировать шар размером с теннисный мяч, подбросить его на полметра в воздух, а затем поймать как массу, которая останется вместе. Вы можете легко проверить это на себе. Если он слишком влажный или слишком сухой, вы сможете сказать.
Полное руководство по строительству дровяной печи с более чем 370 сериями фотографий
Немного о твердении-сушке «огнеупорного бетона».
Следующая информация важна для обеспечения правильного отверждения бетона. После первоначального затвердевания бетона накройте вашу работу полиэтиленовой пленкой и обрызгайте ее тонкой струей воды, чтобы предотвратить быструю потерю воды на краях и поверхности.* В течение первых 24 часов высыхание должно быть медленным. Через 24 часа снимите покрытие и дайте высохнуть на воздухе без сильного солнца в течение 48 часов.
Это зависит от погоды, но полное высыхание может занять до 3 недель, если на улице холодно. Начните с коротких, небольших огней в духовке в первый раз. Повышайте температуру постепенно, а не быстро. Если в стенах купола осталась вода, тепло может превратить ее в пар и расколоть стену. Небольшим огнем вы поможете вытащить оставшуюся воду.
* При бетонировании; не применяйте воду, распыляя ее на бетонную поверхность, чтобы сгладить ее с помощью шпателя или выравнивающего инструмента в конце. У вашего бетонного блока не было бы твердой поверхности на внешней поверхности, или вы могли бы некоторое время ощущать маленькие камни на дне пиццы и между зубами, пока вы не соберете их все. По сравнению с огнеупорным кирпичом, в очагах из огнеупорного бетона могут возникать проблемы с отслаиванием и трещинами по пути. Как и в случае с нашим Земным шаром и его тектоническими плитами — они/кирпичи на самом деле представляют собой большие сегменты, если какая-то часть не может свободно двигаться, поэтому приспособьтесь на месте, в качестве средства правовой защиты естественным образом образуется трещина. Что касается расширение при нагревании и обратное сжатие при охлаждении в куполе речь идет всего о паре миллиметров или меньше. Кирпичные купола состоят из множества маленьких сегментов-кирпичиков, они создают красивое и естественное движение в конструкции.
