Строительство с использованием бетона на вечной мерзлоте

Важный вывод многих исследовательских работ, изучающих данную проблему, говорит нам о следующем: замораживание бетонных смесей до образования капиллярно-пористой конструкции конкретной зрелости, подвергает главные свойства материала к непоправимому ущербу. Стадия зрелости бетона складывается из ряда особенностей, воздействующих на структурообразование во время застывания цемента, и относительно формируется как «критический возраст», «критическая прочность». Итоговые заключения в изучении данных процессов, полученные различными авторами, значительно разнятся.

Главная лаборатория особенных высотных сооружений и конструкций ВНИПИ Теплопроект, несколько лет занималась изучением воздействия преждевременной заморозки на увеличение долговечности бетона.

Осуществляли анализ на шаблонных моделях бетона величиной 10х10х10 см в морозильной камере при следующих показателях: -20 градусов, -40°С и -60°С, применяя бетон модели 30 МПа, произведённый из портландцемента модели 40 МПа Старо-Оскольского завода с Нг-23%, минералогическое строение клинкера: C3S - 55%, C2S - 19%, С3А - 7%, C4AF - 13%; песок Академического карьера с модулем крупности 2,4; щебень гранитный группы 5 - 10 и 10 - 20 мм по 50%.

В качестве дополнения использовали один из самых недорогих и доступных комплексов, безопасный, популярный и не имеющий противопоказаний в использовании универсальный комплекс: поверхностно-активное вещество ПАВ - технические лигносульфонаты ЛСТ и электролит - сульфат натрия Na2SO4. Следует выделить, что иные изученные электролиты: нитраты натрия и кальция пожароопасны, поскольку вырабатывают кислород при нагревании. А все хлориды побуждают и ускоряют разрушение бетона и арматуры. Мобильность бетонной структуры равнялась 9-10 см., осадки типового конуса.

Структура бетона в кг/м3:

• •    Без добавления: цемент - 480, песок - 700, щебень - 1030, вода - 192, трёхмерная масса 2390 кг/м³;

• •    С добавлением: цемент – 450, песок – 750, щебень – 995 , вода – 180, 0,15% ЛСТ+1,0% Na2SO4, трёхмерная масса – 2320 кг/м³.

Метод испытаний состоял в следующем: металлические ёмкости заполняли бетонной смесью, плотно закупоривали и погружали в морозильные камеры с разным временем выдержки при типичных требованиях.

• •    без заблаговременной выдержки (сразу после производства)

• •    в следующих пост производственных сроках: 8, 12, 24 час, 3 суток.

Затем ёмкости выдерживались при низкой температуре (-20, -40, -60ºС) в период одних суток. Стойкость бетона выявляли через 4 часа после распаковки опалубки, и в период 28 дней после дальнейшей выдержки в среде естественной влажности.

Выявились следующие показатели:

• •    у бетона, застывавшего в обычной среде в период 28 суток прочность значительно выше, точнее, образцы, которые замораживались при -20, -40, -60ºС без заблаговременной выдержки перед заморозкой имеют стойкость от 6 до 12 % от стойкости бетона застывавшего в

естественных условиях 28 дней;

• •    образцы бетона, которые выдерживались в течении 8, 12, 24 часов и замораживались при -20ºС и -40ºС, а также образцы с выдержкой 8 и 12 часов и заморозке при -60ºС, констатированы с повышенной прочностью от 16% до 36%;

• •    у следующих образцов бетона, выдержанных при естественной температуре в течение 3 дней с дальнейшей заморозкой при -40ºС и -60ºС установлено, что надёжность бетона соответствует марочной или приближается к ней. При заморозке же -20ºС прочность падает малосущественно.

Следовательно, чем больше время заблаговременной выдержки до заморозки, тем выше и долговечней стойкость бетона. А наибольшей прочностью обладают образцы, которые заранее выдерживались при естественной температуре в течение 3 дней, то есть имели перед заморозкой преимущественно высокую прочность и устоявшуюся структуру.

Анализируя данные испытания, можно утверждать, что разовая заморозка бетона с заблаговременной выдержкой в период 24 часов при -20, -40, и -60°С поднимает прочность в сравнении с марочной. А заморозка при -20°С без какого-либо выдерживания ослабляет надёжность бетона: без добавления на 28%, с совокупным добавлением на 10% в сравнении с прочностью бетона застывавшего в естественной среде все 28 дней. Заморозка бетона с совокупным добавлением 0,15%ЛСТ + 1,0%Na2SO4 при -40 и -60°С без заблаговременного выдерживания позволяет сохранять стойкость бетона в возрасте 28 дней.

Прочность образцов бетона, которые заблаговременно выдерживались 8, 12, 24 часов и 3 суток и замораживались при -40 и -60°С с дальнейшим сохранением 28 дней в естественных условиях, выше прочности бетона, застывавшего сразу после производства в хороших условиях. При этом внушительное повышение надёжности (на 36-49%) демонстрируют образцы, имеющие заморозку при -40°С, а с минимальным увеличением (на 9-16%) образцы, при заморозке -60°С. И так, степень упрочнения бетона при его заморозке имеет зависимость от градуса заморозки, длительности заблаговременной выдержки и структуры бетона.

Чтобы выяснить воздействие среды заморозки образцов бетона на результат упрочнения, были произведены факультативные испытания, а именно, модель бетона без добавления заблаговременно выдерживали 12 часов. Далее следовала разовая заморозка при -20°С в период одних суток.

После оттаивания длительностью 8 часов выявляли соответствующую стойкость образцов бетона при сдавливании:

• 1.    Стойкость при сдавливании распалубленных образцов составила 15 МПа.

• 2.    В металлических ёмкостях 20 МПа.

Итоги испытаний указывают на то, что среда заморозки и содержания при -20ºС оказывает воздействие на дальнейший рост стойкости бетона, при этом стойкость образцов, которые содержались распакованными на 20-25% ниже стойкости аналогов замороженных в металлических ёмкостях.

Учитывая данные результаты, следует констатировать сдержанную гидратацию, и устойчивость гидростатического сжатия воды при фазовом перетекании в лёд, на сравнительно хрупкое капиллярно-поровое строение бетона.

Впрочем, инверсия в строении бетона не является разрушительной и при дальнейшем хранении в среде влияния тепла и при естественном твердении, образуется не только возобновление, но и увеличение стойкости бетона, перенесшего воздействие минусовых показателей, в сопоставлении с бетоном, застывавшем сразу после производства в естественной среде 28 дней.

Образование и изменение при заморозке разрушительных действий в бетоне обосновано перетеканием свободной и связанной воды в лёд. Но, следует отметить, что выгодное воздействие на увеличение стойкости бетона оказывает приостановленные реакция и кристаллизация минералов цемента на ранней степени застывания после размораживания, преобразование структуры и качества жидкой стадии и пептизация новых образований вследствие физико-химического сдавливания конструктивных деталей.

Серийные заморозки и размораживания при наиболее низкой стойкости бетона являются источником его деструкции.

ВЫВОДЫ:

• 1.    Увеличение границ застраивания на Крайнем Севере, в Сибири при продолжительном зимнем периоде в среде низких градусов на Вечной Мерзлоте, которая занимает 65% от всей площади РФ, и в области не постоянного уровня воды подразумевают важность безошибочных технических расчетов и прогнозов всех характеристик и свойств цементного состава и бетона.

• 2.    Вследствие итоговых испытаний просматривается совокупная установка для бетонов, претерпевших разовую заморозку по истечению срока застывания, к преобладанию марочной стойкости при хранении в естественной среде.

• 3.    Фаза выражения результата прочности при заморозке зависит от компонентов бетона, среды отстаивания образцов при заморозке и градусе заморозки. В бетонировании в зимнее время, методом разовой заморозки, наилучшим периодом заблаговременной выдержки (то есть в теплоизолирующей опалубке) является отрезок в 8-12 часов. А внедрение ПАВ (ССБ, СДБ, ЛСТ, ЛТМ) и электролитов (СН) существенно упрочняет структуру бетона.

• 4.    Доказан перспективный курс производства режимов низких температур при выдержке бетонных конструкций (естественное остывание) на начальных этапах твердения при бетонировании зимой.