Ускоренное отверждение – это любой метод, с помощью которого достигается высокая прочность бетона на ранних этапах старения . Эти методы особенно полезны в производстве сборных конструкций , где высокая прочность на раннем этапе позволяет снять опалубку в течение 24 часов, тем самым сокращая время цикла, что приводит к экономии средств. [1] Наиболее распространенными методами отверждения являются отверждение паром при атмосферном давлении, отверждение в теплой воде, отверждение в кипящей воде и автоклавирование .
Типичный цикл отверждения включает стадию предварительного нагрева, известную как «период задержки», продолжительностью от 2 до 5 часов; нагрев со скоростью 22 °С/час или 44 °С/час до достижения максимальной температуры 50-82 °С; затем поддержание максимальной температуры и, наконец, период охлаждения. Весь цикл желательно не должен превышать 18 часов. [2] [3]
При повышенных температурах процесс гидратации протекает быстрее и образование кристаллов гидрата силиката кальция происходит быстрее. Образование геля и коллоида происходит быстрее, а скорость диффузии геля также выше. Однако более быстрая реакция оставляет меньше времени для продуктов гидратации, чтобы расположиться должным образом, следовательно, достигнутая прочность при более позднем старении или конечная прочность на сжатие ниже по сравнению с обычно затвердевшим бетоном. Это получило название эффекта кроссовера. [4]
Было обнаружено, что оптимальная температура составляет от 65 до 70 °C, после чего потери прочности при более позднем старении оказываются значительно выше. [3]
Методы ускоренного отверждения всегда связаны с высокими температурами. Это может вызвать термические напряжения в бетоне. Далее вода в порах начинает оказывать давление при более высоких температурах. Совместное воздействие порового давления и термических напряжений вызывает растягивающее напряжение внутри тела бетона. Если процесс ускоренного твердения начать сразу после заливки бетона, то бетон не сможет выдержать растягивающие напряжения, так как ему требуется время для набора прочности. Более того, эти образовавшиеся микротрещины могут затем привести к замедленному образованию эттрингита , который образуется в результате превращения метастабильного моносульфата. Замедленное образование эттрингита (DEF) вызывает расширение бетона, тем самым ослабляя его. DEF способствует образованию трещин, которые обеспечивают легкий доступ воды. Поэтому до начала процесса отверждения допускается истечение периода задержки, позволяющего бетону набрать определенную минимальную прочность на растяжение. Время схватывания бетона является важным критерием для определения периода задержки. Обычно период задержки равен времени первоначального схватывания, которое, как было установлено, дает удовлетворительные результаты. Меньшие периоды задержки приводят к потерям прочности на сжатие. [1]
Чрезмерные температуры вызывают падение прочности на сжатие из-за эффекта «перехода». Более высокие температуры позволят сократить время цикла и, следовательно, повысить экономичность производственного процесса, однако полученная прочность на сжатие также будет ниже. Таким образом, это компромисс между экономией средств и потерей прочности на сжатие. В зависимости от типа проекта и экономических соображений время цикла подбирается в соответствии с конкретной смесью, или наоборот. [3]
Пуццолон увеличивает прочность бетона в более позднем возрасте, поскольку он реагирует с гидроксидом кальция и превращает его в силикат-гидраты кальция (CSH). Однако портланд-пуццолоновые цементы имеют более высокую энергию активации и, следовательно, скорость их гидратации ниже по сравнению с обычным портландцементом (ОПЦ). Это приводит к более низкой прочности в раннем возрасте по сравнению с OPC. Методы ускоренного отверждения радикально помогают увеличить скорость набора прочности. Халит и др. [5] показали, что отверждение паром улучшило показатели прочности на сжатие за 1 день бетонных смесей с большим объемом летучей золы (40%, 50% и 60% летучей золы путем замены) с 10 МПа до примерно 20 МПа, что достаточно для снятия опалубки и значительно помогает промышленности сборного железобетона.