6. Charakterystyka skutków klimatycznych na dojrzewający beton

1

Józef Jasiczak - „Technologie budowlane II” 2003r.

Alma Mater

6.

Í

Í

Ï

Ï

Î

Î

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 +/- 20

0

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 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:
- 15

0

C – 3godz.., 15 min.

- 30

0

C – 2godz., 40 min.

- 50

0

C – 1 godz., 15 min.

- 70

0

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 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 10

0

do 50

0

C) 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*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 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 m

2

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 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 ułoże-
nia) obserwuje się systematyczne zaniżanie wytrzymałości w stosunku do betonów dojrzewających w
temp. 18

0

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%).

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 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 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/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