Warum die Betontemperatur wichtig ist, insbesondere bei extremen Temperaturen
Die Wärme, die Beton während der Betonhärtung erzeugt, wird als Hydratationswärme bezeichnet. Diese exotherme Reaktion tritt auf, wenn Wasser und Zement reagieren. Die während der Reaktion erzeugte Wärmemenge hängt hauptsächlich von der Zusammensetzung und Feinheit des Zements ab.
DIE FÜNF PHASEN DER WÄRMEENTWICKLUNG IN BETON
Die Wärmeentwicklung in Beton ist ein sehr komplexes und umfangreich erforschtes Thema. Um diesen Prozess zu vereinfachen, kann die Wärmeentwicklung im Laufe der Zeit in fünf verschiedene Phasen unterteilt werden. Das Wärmeprofil kann sich je nach Zementart ändern. Die typische Hydratation für Zement Typ I ist in der folgenden Abbildung grafisch dargestellt.
PHASE i: VORINDUKTION
Kurze Zeit nach dem Kontakt des Wassers mit dem Zement kommt es zu einem starken Temperaturanstieg, der sehr schnell (innerhalb weniger Minuten) erfolgt. Während dieser Zeit sind die primären reaktiven Phasen des Betons die Aluminatphasen (C3A und C4AF). Die Aluminat- und Ferritphasen reagieren mit den Calcium- und Sulfationen zu Ettringit, das auf der Oberfläche der Zementpartikel ausfällt. Während dieser Phase reagieren die Silikatphasen (hauptsächlich C3S) in geringerem Maße auch in sehr kleinen Anteilen im Vergleich zu ihrem Gesamtvolumen und bilden eine sehr dünne Schicht Calciumsilikathydrat (C-S-H).
PHASE ii: RUHEPHASE
Diese Phase wird auch als Induktionsphase bezeichnet. Während dieser Zeit wird die Hydratationsrate signifikant verlangsamt. Traditionell wird angenommen, dass dies auf die Ausfällung der oben genannten Verbindungen auf der Oberfläche der Zementpartikel zurückzuführen ist, was zu einer Diffusionsbarriere zwischen Zementpartikeln und Wasser führt. Nichtsdestotrotz gibt es eine bedeutende Debatte über die physikalischen und chemischen Gründe für das Auftreten dieses Stadiums und die Methoden, um es vorherzusagen. Dies ist der Zeitraum, in dem der Frischbeton transportiert und eingelegt wird, da er noch nicht ausgehärtet und noch bearbeitbar ist (plastisch und flüssig). Es wurde gezeigt, dass die Länge der Ruheperiode in Abhängigkeit von mehreren Faktoren (Zementtyp, Beimischungen, w / cm) variiert. Das Ende der Ruheperiode wird typischerweise durch den Anfangssatz gekennzeichnet.
PHASE iii und iV:
FESTIGKEITSGEWINN In dieser Phase beginnt der Beton zu härten und an Festigkeit zu gewinnen. Die während dieser Phase erzeugte Wärme kann mehrere Stunden andauern und wird hauptsächlich durch die Reaktion der Calciumsilikate (hauptsächlich C3S und in geringerem Maße C2S) verursacht. Die Reaktion des Calciumsilikats erzeugt ein “Calciumsilikathydrat der zweiten Stufe” (C-S-H), das das Hauptreaktionsprodukt ist, das der Zementpaste Festigkeit verleiht. Je nach Zementart kann auch eine dritte, geringere Wärmespitze aus der erneuten Aktivität von C3A beobachtet werden.
PHASE V: STEADY STATE
Die Temperatur stabilisiert sich mit der Umgebungstemperatur. Der Hydratationsprozess verlangsamt sich erheblich, stoppt jedoch nicht vollständig. Die Hydratation kann Monate, Jahre oder sogar Jahrzehnte andauern, vorausgesetzt, es gibt genügend Wasser und freie Silikate, um zu hydratisieren, aber der Festigkeitsgewinn ist während eines solchen Zeitraums minimal.
Warum Betontemperatur überwachen?
In Phase II kann die Temperatur des Betons gemessen werden, während der Beton gegossen wird. Die Temperaturmessung wird typischerweise durchgeführt, um sicherzustellen, dass der Beton bestimmten Spezifikationen entspricht, die einen bestimmten zulässigen Temperaturbereich definieren. Typische Spezifikationen verlangen, dass die Temperatur des Betons während der Platzierung in einem Bereich von 10 ° C bis 32 ° C liegt. Je nach Elementgröße und Umgebungsbedingungen werden jedoch unterschiedliche Grenzwerte angegeben (ACI 301, 207). Die Temperatur, die der Beton während des Einbringens aufweist, beeinflusst die Temperatur des Betons während der nächsten Hydratationsphase. Die Überwachung der Temperatur des Betons während der Phasen III und IV ist eine Qualitätskontrollkomponente, die regelmäßig durchgeführt wird. Der Hauptgrund für diese Messung besteht darin, sicherzustellen, dass der Beton keine zu hohen oder zu niedrigen Temperaturen erreicht, um eine ordnungsgemäße Festigkeitsentwicklung und Haltbarkeit des Betons zu ermöglichen. Ein weiterer Grund für die Überwachung der Betontemperatur während dieser Phase ist die Bewertung der Festigkeit vor Ort, wobei die Hydratationsrate der Hauptgrund für die Reifemethode ist (ASTM C 1074).
HEIßBETONIEREN
Generell wird für die Betontemperatur während der Hydratation eine Grenze von 70°C festgelegt. Wenn die Temperatur des Betons während der Hydratation zu hoch ist, führt dies dazu, dass der Beton eine hohe Frühfestigkeit aufweist, im späteren Stadium jedoch weniger Festigkeit erhält und eine geringere Haltbarkeit aufweist. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass solche Temperaturen die Bildung von Ettringit im Anfangsstadium stören und anschließend seine Bildung in den späteren Stadien fördern; was eine expansive Reaktion und anschließende Rissbildung verursacht. Darüber hinaus sind Hochtemperaturprobleme von Belang, insbesondere bei Massenbetongießungen, bei denen die Kerntemperatur aufgrund des Masseneffekts sehr hoch sein kann, während die Oberflächentemperatur niedriger ist. Dies verursacht einen Temperaturgradienten zwischen der Oberfläche und dem Kern, wenn der Temperaturunterschied zu groß ist, verursacht er thermische Risse.
BETONIEREN BEI KALTEM WETTER
Wenn die Umgebungstemperatur zu niedrig ist, verlangsamt sich die Hydratation des Zements erheblich oder stoppt vollständig, bis die Temperatur wieder ansteigt. Mit anderen Worten, es wird eine signifikante Verringerung oder ein Ende der Kraftentwicklung geben. Wenn die Betontemperatur vor Erreichen einer bestimmten Festigkeit (3,5 MPa) (ACI 306) den Gefrierpunkt erreicht, weist der Beton eine verringerte Gesamtfestigkeit auf. Dies führt auch zu Rissen, da der Beton keine ausreichende Festigkeit aufweist, um der Ausdehnung von Wasser aufgrund der Eisbildung zu widerstehen. Um eine ordnungsgemäße Festigkeitsentwicklung zu gewährleisten und Risse im Beton zu vermeiden, empfehlen die allgemeinen Richtlinien, dass die Betontemperatur für eine bestimmte Zeit höher als eine bestimmte Temperatur gehalten werden muss (> 5 ° C für 48 Stunden) (ACI 306).
