Wanneer de temperatuur boven de 30 °C komt, versnelt de hydratatiereactie van beton en verdampt het water. Dit leidt tot een sterke afname van de prestaties, wat de bouwkwaliteit en de structurele duurzaamheid ernstig beïnvloedt. In dit artikel analyseren we de impact van hoge temperaturen op beton uitgebreid en stellen we tegenmaatregelen voor, in de hoop uw projecten te ondersteunen.
Welke effecten heeft een hoge temperatuur op de prestaties van beton?
>> Verlies van zetting en uithardingstijd
Het verlies aan consistentie (slump) wordt versneld. Voor elke 10℃ temperatuurstijging neemt de hydratatiesnelheid van cement met een factor 2 tot 3 toe. Bij een omgevingstemperatuur van 30℃ kan de consistentie van gewoon beton binnen een uur met meer dan 50% afnemen. Bovendien neemt de verdampingssnelheid van water aanzienlijk toe, wat leidt tot ernstige bloeding aan het oppervlak.
Abnormale uithardingstijd. De initiële uithardingstijd kan met 40-60% worden verkort. Bovendien kan er gemakkelijk een "valse uitharding" optreden, waarbij het oppervlak wel uithardt, maar de binnenkant nog plastisch is. De uiteindelijke uithardingstijd is moeilijk te controleren, wat het verdere bouwproces beïnvloedt.
>> Het oppervlaktewater verdampt te snel, waardoor er scheurtjes in het plastic ontstaan door krimp.
Hoge temperaturen versnellen de verdamping van water aan het betonoppervlak, waardoor er snel oppervlaktewater verloren gaat, terwijl het interne water nog niet naar het oppervlak is gemigreerd, waardoor een vochtigheidsgradiënt ontstaat. Wanneer de verdampingssnelheid de waterdoorsijpelingssnelheid overschrijdt, ontstaat er trekspanning op het oppervlak, wat het risico op plastische krimpscheuren aanzienlijk vergroot.
Plastische krimpscheuren ontstaan vaak vóór de initiële uitharding, vooral bij sterke wind of een lage luchtvochtigheid. De scheuren kunnen zich uitbreiden tot in de constructie, wat de duurzaamheid van het beton vermindert.
>> Versnelling van de hydratatiereactie en onevenwicht tussen krachtontwikkeling
Voor elke 10 °C temperatuurstijging neemt de hydratatiesnelheid van silicaatcement ongeveer 2 tot 3 keer toe. C2S reageert snel bij hoge temperaturen om CSH-gel te vormen, maar het product is ongelijkmatig verdeeld.
Vroege hydratatieproducten hopen zich dicht op rond de deeltjes, waardoor water later minder goed kan doordringen. De vroege sterkteontwikkeling verloopt te snel en de latere sterktegroei is beperkt, wat resulteert in een afname van de sterkte na 5 dagen met 15% tot 28%. De porositeit van hoogtemperatuurgehard beton is 3% tot 8% hoger dan die van standaardharding.
>> Thermische spanning en temperatuurscheuren
De temperatuur in het midden van een groot volume beton kan oplopen tot 70 tot 80 °C, terwijl het oppervlak door de omgeving wordt afgekoeld tot 30 tot 40 °C. Wanneer het temperatuurverschil tussen de binnen- en buitenkant groter is dan 25 °C, ontstaat er gemakkelijk trekspanning en ontstaan er scheuren.
Scheurtype: Vroege temperatuurscheuren zijn meestal loodrecht op de lange zijde van de constructie, terwijl latere droogkrimpscheuren ontstaan. Voor elke temperatuurstijging van 10℃ neemt de rek als gevolg van de thermische uitzettingscoëfficiënt met 0.01% toe.
>> Degradatie van de duurzaamheid op lange termijn
Verhoogde permeabiliteit: Hoge temperaturen leiden tot een verhoogde connectiviteit van capillaire poriën, de diffusiecoëfficiënt van chloride-ionen kan met 50% tot 100% toenemen en de carbonatiediepte neemt met 30% tot 60% toe.
Chemische erosie: In een sulfaatrijke omgeving versnelt een hoge temperatuur (>40℃) de omzetting van calciumsulfonaat naar gips, waardoor de uitzettingssnelheid 2 tot 3 keer zo hoog wordt. De snelheid van de alkali-aggregaatreactie bij 80℃ is 10 keer zo hoog als bij 20℃.
Vorst-dooischade: De verslechtering van de poriënstructuur vermindert de vorstbestendigheid en de relatieve dynamische elasticiteitsmodulus kan na 300 vries-dooicycli lager zijn dan 60% (de norm vereist >80%).
>> Verslechtering van de microstructuur
Uitdroging bij hoge temperaturen: CSH-gel verliest gebonden water bij 100-300℃, portlandcement ontleedt boven 300℃, Ca(OH)₂ dehydrateert tot CaO bij 500℃, en rehydratatie leidt tot secundaire uitzetting.
Faseovergangseffect: Kwartsaggregaat ondergaat een α-β-faseovergang bij 573℃, met een volumetoename van 0.85%, waardoor het risico op scheurvorming toeneemt.
Microscopische waarneming: Boven 400℃ neemt de porositeit van beton toe van 10% tot 25%, en verschuift de poriegrootteverdeling naar >100 nm.
>> De prestatie van wapeningsverlijming neemt af
Temperatuureffect: De hechtsterkte tussen wapeningsstaal en beton neemt met ongeveer 15% af bij 100℃ en verliest meer dan 50% bij 400℃. De mechanische grip van de wapeningsstaven wordt verzwakt door het losraken van het beton.
Slipmarge: De maximale slipmarge kan bij hoge temperaturen met 200% tot 300% toenemen, wat leidt tot een verminderd vermogen tot samenwerking.
Welke maatregelen kunnen worden genomen om de impact van hoge temperaturen op de prestaties van beton te verminderen?
>> Controle en koeling van grondstoffen
(1) Verlaging van de totale temperatuur
Schaduw. Op het opslagterrein is een zonnescherm geplaatst om direct zonlicht te vermijden, waardoor de temperatuur met 5 tot 10 °C kan dalen.
Koeling door middel van waternevel. Besproei grove en fijne aggregaten met koud water vóór het mengen, maar let op de hoeveelheid water die u sproeit om te voorkomen dat te veel vocht de mengverhouding beïnvloedt.
Gebruik gekoelde aggregaten. Indien nodig wordt vloeibare stikstof of koude lucht gebruikt om de aggregaten te koelen. Deze methode is geschikt voor beton met een groot volume.
(2) Verlaging van de temperatuur van het mengwater
IJs toevoegen aan het mengsel. Door een deel van het mengwater te vervangen door gemalen ijs kan de temperatuur van het beton met 5 tot 8 °C dalen.
Meng koud water. Gebruik koud water van 4 tot 10 °C en vermijd het gebruik van heet grondwater of leidingwater.
(3) Cementselectie
Gebruik bij voorkeur cement dat bestand is tegen lage temperaturen, of voeg vliegas of slak toe om de hydratatiewarmte te verminderen.
>> Optimaliseer het mixontwerp
(1) Verminder de cementdosering
Voeg vliegas of slakkenpoeder toe om de temperatuurstijging door hydratatie met 10~15℃ te verminderen.
Gebruik een betonmengsel met een hoge sterkte om de water-cementverhouding te verlagen en krimp te beperken.
(2) Gebruik vertragende additieven
Door het gebruik van polycarbonzuurwaterreducer en natriumgluconaatvertrager kan de uithardingstijd met 1 tot 3 uur worden vertraagd en wordt het verlies aan volume verminderd.
Luchtbelvormer kan de weerstand tegen plastische krimp verbeteren.
>> Bouwprocesbeheersing
(1) Controleer de giettemperatuur
De temperatuur van de mal moet ≤30℃ zijn. In warme ruimtes kan dit worden verlaagd tot 35℃, maar er is wel onderhoud nodig.
Giet 's nachts of tijdens periodes met lage temperaturen. Vermijd periodes met hoge temperaturen.
(2) Verkort de transport- en giettijd
Gebruik zonwering of reflecterende verf op betonwagens om temperatuurstijging tijdens het transport te verminderen.
Gebruik pompvloeistof om de vloeibaarheid te verbeteren en de stagnatietijd te verkorten.
(3) Gelaagd gieten en afkoelen
Er worden grote hoeveelheden beton in lagen gestort en er worden koelwaterleidingen aangelegd om koud water te laten circuleren voor de koeling.
Dunwandige constructies versnellen het storten en voorkomen voortijdig waterverlies aan het oppervlak.
>> Onderhoudsmaatregelen
(1) Tijdig hydraterend onderhoud
Dek de ondergrond direct na het uitharden af met nat jute of geotextiel en blijf gedurende minimaal 7 dagen water sprenkelen.
Spuitverharder om waterverdamping te verminderen.
(2) Winddicht en zonnescherm
Plaats windschermen om verdamping door luchtstroom te verminderen.
Bedek met witte reflecterende folie om de oppervlaktetemperatuur met 5~10℃ te verlagen.
(3) Stoomuitharding van geprefabriceerde componenten
Gebruik stoomuitharding op lage temperatuur om microscheurtjes door hoge temperaturen te voorkomen.
>> Monitoring en kwaliteitscontrole
(1) Temperatuurbewaking
Begraaf temperatuursensoren om het temperatuurverschil tussen de kern en het oppervlak te controleren.
Gebruik infraroodthermometers om de oppervlaktetemperatuur te controleren en plaatselijke oververhitting te voorkomen.
(2) Sterkte- en scheurdetectie
Er worden op de eerste, derde en zevende dag sterktetesten uitgevoerd om de impact van de hoge temperatuur te beoordelen, zodat er tijdig tegenmaatregelen kunnen worden genomen.
Gebruik een ultrageluid- of scheurmicroscoop om vroege microscheurtjes op te sporen.
Welke betonadditieven zijn bestand tegen hoge temperaturen?
>> Beton Vertragers
Functie: Vertraagt de hydratatiesnelheid van cement, compenseert voortijdige uitharding veroorzaakt door hoge temperaturen, verlaagt de piektemperatuur met 5-10℃ en vermindert het risico op plastische scheuren.
Typische materialen:
Natriumgluconaat : Vertraagt de initiële stollingstijd met 1-3 uur, dosering 0.03%-0.1%.
Natriumlignosulfonaat : Heeft zowel een vertragende als een waterreducerende werking, dosering 0.1%~0.3%.
>> Zeer efficiënte waterreducer
Functie: Vermindert het waterverbruik (15%~30%) en verbetert het consistentieverlies bij hoge temperaturen. Tegelijkertijd kan het ook de water-cementverhouding verlagen en de latere sterkte met 10%~20% verhogen.
Typische materialen:
Superplastificeerder op basis van polycarboxylaat : optimale hittebestendigheid, de consistentie blijft meer dan 2 uur behouden bij 30℃, dosering 0.1%~0.3%.
Naftaleen- gebaseerde superplastificeerders of melamine-reeksen: moeten in combinatie met een betonvertrager worden gebruikt.
>> Luchtbelvormers
Functie: het inbrengen van kleine belletjes om de druk te verlichten die ontstaat door de snelle verdamping van water bij hoge temperaturen. De dosering wordt geregeld op 0.005% tot 0.02%, en het luchtgehalte op 4% tot 6%. Een te hoge luchttoevoer vermindert de sterkte.