Тепловыделение при твердении бетона

Набор прочности в результате протекания процесса гидратации неизбежно связан с выделением в окружающую среду тепла. В различных составах этот процесс протекает по-разному. Меньше всего влияния на бетон производит медленное затворение смеси, при котором тепловая энергия выделяется незначительно в течении продолжительного периода времени. Гораздо сложнее ситуация обстоит с быстротвердеющими составами, выделяющими большое количество тепла за короткий промежуток времени.

На протекание процесса в целом влияет скорость гидратации цементного вяжущего. Чем быстрее происходит связывание цемента с водой, тем большее количество тепловой энергии отводится в окружающую среду. Вяжущие, содержащие в своем составе трехкальциевые силикаты, имеют большее тепловыделение, чем двухкальциевые. Но во втором случае прочностные характеристики значительно ниже. Именно поэтому данная проблема актуальна для всех конструкций из высокопрочных бетонов.

Выделяют следующие факторы способные повлиять на количество выделяемого бетоном тепла:

  • Степень обжига и тонкость помола цемента.
  • Количество воды затворения.
  • Присутствие в составе химических добавок.
  • Условия окружающей среды.
  • Количество цемента и его теплоемкость.

Следует отметить, что любые способы ускорить процесс твердения увеличивают тепловыделение. Снижение скорости схватывания напротив приводит к уменьшению количества выделенного тепла.

Устройство массивных конструкций

Тонкостенные бетонные конструкции имеют достаточно большую поверхность испарения, поэтому выделяемая энергия не ощутима. Она рассеивается в теле бетона и отводится с поверхности. Совсем иначе ситуация обстоит в массивных бетонных элементах. Наружная часть прекрасно отдает тепло и охлаждается, при этом внутренний массив не имеет возможности должным образом взаимодействовать с атмосферой и сильно перегревается.

Температура внутренней части значительно превосходит температуру на поверхности. Это служит причиной возникновения напряжений в цементном камне. Если не принять мер, это неизбежно приведет к образованию трещин. Контраст еще больше увеличивается при попытках охлаждения бетона снаружи. Разность температур возрастает, что приводит к большим деформациям.

Методы противодействия тепловыделению

Основной задачей в борьбе с излишком тепловой энергии в толще бетона является выравнивание поверхностных и внутренних температур. Нужно убрать охлаждение с поверхности бетона. Это актуально для возведения гидротехнических сооружений, в которых даже на этапе заливки опалубка может омываться жидкостью. Из бетонного массива напротив, обеспечивается дополнительный теплоотвод. Это осуществляется прокладкой в сердечнике труб по которым постоянно циркулирует охлажденная вода.

Для получения одной и той же марки бетонной смеси может потребоваться разное количество цемента. Высокомарочное вяжущее позволяет снизить расход, в то время как пуццолановые и шлакопортландцементы нужно применять в большем объеме. Учитывая то, что увеличение количества цемента приводит к линейному повышению тепловыделения, для массивных конструкций следует применять только вяжущие высокой марки.

Уменьшение количества воды и соответственно водоцементного отношения также положительно сказывается на равномерном твердении бетонной конструкции. Это приводит к использованию жестких смесей для бетонирования. При необходимости использования подвижного состава применяют белитовое вяжущее. Оно в меньшей степени подвержено влиянию количества жидкости на отдачу тепла.