miksi Betonin lämpötila on tärkeä, erityisesti äärilämpötilojen aikana
betonin kovettumisen aikana tuottamaa lämpöä kutsutaan nesteytyslämmöksi. Tämä eksoterminen reaktio tapahtuu veden ja sementin reagoidessa. Reaktiossa syntyvän lämmön määrä liittyy useimmiten sementin koostumukseen ja hienouteen.
betonin lämmön evoluution viisi vaihetta
Betonin lämmön evoluutio on hyvin monimutkainen ja laajasti tutkittu aihe. Tämän prosessin yksinkertaistamiseksi lämmön evoluutio ajan myötä voidaan erottaa viiteen eri vaiheeseen. Lämpöprofiili voi muuttua riippuen sementin tyypistä. Tyypillinen nesteytys tyypin I sementille on esitetty graafisesti alla olevassa kuvassa.
Vaihe i: ESIINDUKTIO
lyhyen ajan kuluttua veden joutumisesta kosketuksiin sementin kanssa tapahtuu voimakas lämpötilan nousu, joka tapahtuu hyvin nopeasti (parin minuutin kuluessa). Tänä aikana betonin primäärisiä reaktiivisia faaseja ovat aluminaattifaasit (C3A ja C4AF). Aluminaatti-ja ferriittifaasit reagoivat kalsium-ja sulfaatti-ionien kanssa muodostaen ettringiittiä, joka saostuu sementtihiukkasten pinnalle. Tämän vaiheen aikana vähäisemmässä määrin silikaattifaasit (pääasiassa C3S) reagoivat myös hyvin pieninä fraktioina kokonaistilavuuteensa verrattuna ja muodostavat hyvin ohuen kalsiumsilikaattihydraattikerroksen (C-S-H).
vaihe ii: LEPOTILAVAIHE
tätä vaihetta kutsutaan myös induktiovaiheeksi. Tänä aikana nesteytysnopeus hidastuu merkittävästi. Perinteisesti tämän uskotaan johtuvan edellä mainittujen yhdisteiden saostumisesta sementtihiukkasten pinnalle, mikä johtaa diffuusiosulkuun sementtihiukkasten ja veden välille. Tämän vaiheen esiintymisen fysikaalisista ja kemiallisista syistä ja sen ennustamismenetelmistä käydään kuitenkin merkittävää keskustelua. Tämä on ajanjakso, jolloin tuoretta betonia kuljetetaan ja asetetaan, koska se ei ole vielä kovettunut ja on edelleen toimintakelpoista (muovia ja nestettä). Lepotilan pituuden on osoitettu vaihtelevan useista tekijöistä (sementtityyppi, seokset, w/cm) riippuen. Horrostilan loppua kuvataan tyypillisesti alkujoukolla.
vaihe iii ja iV:
LUJUUSVAHVUUS tässä vaiheessa betoni alkaa kovettua ja vahvistua. Tämän vaiheen aikana syntyvä lämpö voi kestää useita tunteja ja se johtuu lähinnä kalsiumsilikaattien (pääasiassa C3S ja vähemmässä määrin C2S) reaktiosta. Kalsiumsilikaatin reaktiossa syntyy” toisen vaiheen ” kalsiumsilikaattihydraattia (C-S-H), joka on tärkein reaktiotuote, joka antaa voimaa sementtitahnalle. Sementtityypistä riippuen on myös mahdollista havaita kolmas, matalampi lämpöhuippu C3A: n uudistuneesta aktiivisuudesta.
vaihe V: Vakaa tila
lämpötila vakiintuu ympäristön lämpötilan mukaan. Nesteytysprosessi hidastuu merkittävästi, mutta ei pysähdy kokonaan. Nesteytys voi jatkua kuukausia, vuosia tai jopa vuosikymmeniä edellyttäen, että vettä ja vapaita silikaatteja on riittävästi hydratoitavaksi, mutta lujuuden lisäys on vähäinen tällaisen ajanjakson aikana.
Miksi Seurata Betonin Lämpötilaa?
vaiheessa II betonin lämpötila voidaan mitata betonin valuessa. Lämpötilamittaus tehdään yleensä sen varmistamiseksi, että betoni on tiettyjen spesifikaatioiden mukainen, jotka määrittelevät tietyn sallitun lämpötila-alueen. Tyypilliset vaatimukset edellyttävät, että betonin lämpötilan sijoituksen aikana on oltava välillä 10-32°C. eri määritetyt rajat on kuitenkin asetettu elementin koon ja ympäristön olosuhteiden mukaan (ACI 301, 207). Lämpötila, jossa betonia esiintyy sijoittamisen aikana, vaikuttaa betonin lämpötilaan seuraavan nesteytysvaiheen aikana. Betonin lämpötilan seuranta vaiheen III ja IV aikana on laadunvalvontakomponentti, jota suoritetaan säännöllisesti. Mittauksen tärkein syy on varmistaa, ettei betoni pääse liian korkeisiin tai mataliin lämpötiloihin, jotta betonin lujuus ja kestävyys kehittyisivät kunnolla. Toinen syy seurata betonin lämpötilaa tämän vaiheen aikana on arvioida paikan lujuutta, jossa hydraationopeus on maturiteettimenetelmän pääasiallinen takana (ASTM C 1074).
helteen betonointi
yleisesti betonin lämpötilalle on määritelty 70°C: n raja nesteytyksen aikana. Jos betonin lämpötila nesteytyksen aikana on liian korkea, se aiheuttaa sen, että betonilla on korkea varhainen lujuus, mutta näin ollen se saa vähemmän lujuutta myöhemmässä vaiheessa ja sen kestävyys on heikompi. Lisäksi on havaittu, että tällaiset lämpötilat häiritsevät ettringiitin muodostumista alkuvaiheessa ja myöhemmin sen muodostumista myöhemmissä vaiheissa edistetään; mikä aiheuttaa ekspansiivisen reaktion ja sitä seuraavan halkeilun. Lisäksi korkean lämpötilan ongelmat huolestuttavat erityisesti massabetonipurkauksissa, joissa ytimen lämpötila voi olla massavaikutuksen vuoksi hyvin korkea, kun taas pintalämpötila on alhaisempi. Tämä aiheuttaa pinnan ja ytimen välille lämpötilagradientin, jos lämpötilaero on liian suuri, se aiheuttaa lämpökrakkauksen.
kylmän sään betonointi
jos ympäristön lämpötila on liian alhainen, sementin nesteytys hidastuu merkittävästi tai pysähtyy kokonaan, kunnes lämpötila nousee uudelleen. Toisin sanoen vahvuuskehitystä vähennetään tai lopetetaan merkittävästi. Jos betonin lämpötila saavuttaa jäätymisen ennen tiettyä lujuutta (3,5 MPa) (ACI 306), betonin kokonaislujuus on alentunut. Tämä aiheuttaa myös halkeilua, sillä betonin lujuus ei riitä vastustamaan jään muodostumisesta johtuvaa veden laajenemista. Asianmukaisen lujuuden kehittymisen varmistamiseksi ja betonin halkeilun välttämiseksi yleisohjeiden mukaan betonin lämpötilaa on pidettävä tiettyä lämpötilaa korkeampana tietyn ajan (>5°C 48 tunnin ajan) (ACI 306).
