БЕТОНИРОВАНИЕ В УСЛОВИЯХ СУХОГО ЖАРКОГО КЛИМАТА

АННОТАЦИЯ

Данная обзорная статья посвящена анализу проблем и особенностей бетонирования в условиях сухого и жаркого климата. Рассматриваются негативные воздействия высоких температур и низкой влажности на свойства бетона, такие как снижение прочности, увеличение пористости и образование трещин. В статье также представлены ключевые методы и технологические решения, направленные на обеспечение качества и долговечности бетонных конструкций в экстремальных климатических условиях, включая подбор материалов, особенности приготовления и транспортировки бетонной смеси, а также методы ухода за бетоном.

ABSTRACT

This review article analyzes the problems and specificities of concreting in dry and hot climates. It examines the negative effects of high temperatures and low humidity on concrete properties, such as reduced strength, increased porosity, and crack formation. The article also presents key methods and technological solutions aimed at ensuring the quality and durability of concrete structures in extreme climatic conditions, including material selection, specific features of concrete mix preparation and transportation, and concrete curing methods. 

Ключевые слова: бетонирование, сухой климат, жаркий климат, бетон, гидратация, прочность, трещины, уход за бетоном, добавки.

Keywords: concreting, dry climate, hot climate, concrete, hydration, strength, cracks, concrete curing, admixtures.

Введение

Бетонирование в условиях сухого и жаркого климата представляет собой сложную инженерную задачу, требующую особого подхода к выбору материалов, приготовлению, транспортировке, укладке и уходу за бетонной смесью. Высокие температуры, низкая относительная влажность воздуха и интенсивное солнечное излучение оказывают существенное негативное влияние на свойства свежеуложенного и твердеющего бетона, что может привести к снижению его прочности, долговечности и эксплуатационных характеристик [1, 2].

Основными проблемами, возникающими при бетонировании в таких условиях, являются ускоренное испарение воды из бетонной смеси, что приводит к преждевременному обезвоживанию, замедлению или прекращению гидратации цемента, а также к образованию усадочных трещин [2, 4]. Кроме того, высокие температуры способствуют быстрому набору прочности в раннем возрасте, но могут негативно сказаться на конечной прочности и долговечности бетона [6]. Эти факторы обуславливают необходимость применения специальных технологических решений и добавок для обеспечения требуемого качества бетонных конструкций в условиях сухого жаркого климата.

Данная обзорная статья посвящена анализу проблем, возникающих при бетонировании в условиях сухого и жаркого климата, а также рассмотрению современных методов и технологий, направленных на повышение качества и долговечности бетонных конструкций в таких условиях. Будут рассмотрены вопросы выбора оптимальных материалов, особенности приготовления и транспортировки бетонных смесей, методы укладки и ухода за бетоном, а также применение инновационных добавок и технологий.

Целью исследования является анализ основных проблем, возникающих при бетонировании в условиях сухого и жаркого климата, и выявление их влияния на прочность, плотность и трещиностойкость бетона.

Материалы и методы исследования. Эффективное бетонирование в условиях сухого и жаркого климата требует тщательного подбора материалов и применения специфических методов на всех этапах работ. Основная цель – минимизировать негативное воздействие высоких температур и низкой влажности на свежеуложенный и твердеющий бетон [2, 3].

Выбор материалов. Цемент. Выбор цемента играет ключевую роль. Рекомендуется использовать быстротвердеющие, малоусадочные портландцементы, которые характеризуются низким водоотделением и способностью снижать усадку [3]. Применение обычных портландцементов возможно с добавлением хлористого кальция, который ускоряет твердение [3, 9]. Следует избегать шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента, а также бесклинкерных вяжущих, так как они могут негативно влиять на свойства бетона в условиях жаркого климата [3]. Глиноземистый цемент также не рекомендуется для массивных конструкций из-за возможного саморазогрева [12].

Заполнители. Заполнители должны быть защищены от солнечной радиации. Пористый щебень рекомендуется увлажнять перед использованием [3]. Для снижения температуры бетонной смеси целесообразно охлаждать заполнители, например, путем добавления дробленого льда (до 50% массы воды) [3]. Использование заполнителей из карбонатных пород также может быть эффективным [13]. Обогащение мелких песков более крупными фракциями способствует улучшению свойств бетонной смеси [3].

Вода. Количество воды в бетонной смеси должно быть оптимизировано. Увеличение расхода воды для повышения удобоукладываемости без изменения других параметров может привести к снижению прочности [2]. Важно контролировать температуру воды, используя охлажденную воду или лед для снижения общей температуры смеси [3].

Добавки. Применение химических добавок является одним из наиболее эффективных методов адаптации бетона к условиям жаркого климата [4, 10]. К ним относятся: Пластификаторы и суперпластификаторы - позволяют снизить водоцементное отношение при сохранении удобоукладываемости, что уменьшает риск обезвоживания и повышает прочность [1, 13]. Замедлители схватывания - увеличивают время жизни бетонной смеси, что особенно важно при длительной транспортировке и укладке в условиях высоких температур [4].  Водоудерживающие добавки - предотвращают быстрое испарение влаги из свежеуложенного бетона [2]. Добавки, уменьшающие усадку - снижают риск образования усадочных трещин [4]. Наноматериалы - нанокремний и углеродные нанотрубки могут улучшать механические свойства, долговечность и удобоукладываемость бетона [4].

Технология приготовления бетонной смеси, научно обоснованные методы её транспортировки, укладки и ухода

Приготовление смеси. Продолжительность перемешивания бетонной смеси в условиях сухого и жаркого климата рекомендуется увеличивать на 30-50% [3]. Поэтапная загрузка компонентов (сначала заполнитель и часть воды, затем цемент, остальная вода и добавки) способствует более равномерному распределению и предотвращению преждевременного схватывания [3].

Транспортировка. Для предотвращения обезвоживания и перегрева бетонную смесь следует транспортировать в закрытой таре, такой как автобетоновозы или автобетоносмесители [3, 5]. Необходимо минимизировать время транспортировки и количество перегрузок [3, 5].

Укладка. Укладку бетона рекомендуется проводить непрерывно, чтобы избежать образования холодных швов [3]. Перед укладкой опалубку следует увлажнить, а для опалубки из влагопоглощающих материалов использовать специальные составы или полимерные пленки [3]. Подача бетона должна осуществляться бетононасосами или большеемкими бадьями, при этом свободное падение смеси не должно превышать 1,5-2 м [3]. Тщательное виброуплотнение является обязательным для достижения необходимой плотности и прочности бетона [3].

Уход за бетоном. Уход за свежеуложенным бетоном в условиях сухого жаркого климата является критически важным этапом [2, 14]. Основные мероприятия включают: Организация работ - проведение бетонирования в наиболее благоприятные часы суток (вечер, утро, ночь), когда температура воздуха ниже, а влажность выше [3]. Защита от высыхания - немедленное укрытие поверхности бетона после укладки влагоемкими материалами (мешковина, брезент), полимерными пленками или специальными пленкообразующими составами [2, 15]. Влажностный уход - регулярный полив поверхности бетона водой. В первые 3 суток полив должен осуществляться не реже, чем через каждые 3 часа днем, и не менее 1 раза ночью. Общая продолжительность влажностного ухода может достигать 7-14 дней или до достижения бетоном 50% проектной прочности [15]. Защита от солнечной радиации - установка тентов или навесов над бетонируемыми участками для предотвращения прямого воздействия солнечных лучей [15]. Опалубка - не снимать опалубку преждевременно, так как она помогает удерживать влагу в бетоне [2]. Применение этих методов в комплексе позволяет значительно снизить негативное влияние сухого и жаркого климата на качество и долговечность бетонных конструкций, обеспечивая их соответствие проектным требованиям [11].

Результаты и обсуждения

Применение рассмотренных методов и технологий бетонирования в условиях сухого и жаркого климата позволяет существенно улучшить качество и долговечность бетонных конструкций, нивелируя негативные воздействия окружающей среды. Анализ результатов исследований и практического опыта показывает, что комплексный подход к проблеме является наиболее эффективным [1, 4]. Высокая температура воздуха, низкая относительная влажность и интенсивное солнечное излучение приводят к ускоренному испарению воды из бетонной смеси. Это вызывает ряд нежелательных эффектов: быстрое обезвоживание замедляет или полностью прекращает процесс гидратации цемента, что приводит к недобору проектной прочности. Исследования показывают, что прочность на сжатие может снижаться на 45–50%, а на растяжение и изгиб – на 50–55% по сравнению с бетонами, твердеющими в нормальных условиях [2]. Недостаток воды для гидратации вызывает формирование более пористой структуры бетона, что отрицательно сказывается на его плотности, водонепроницаемости и морозостойкости [2]. Интенсивное испарение влаги обусловливает пластическую усадку, которая при отсутствии должного ухода приводит к образованию поверхностных трещин. Эти трещины снижают долговечность конструкции и её стойкость к воздействию агрессивных сред [2, 4]. В условиях высоких температур ползучесть бетона увеличивается, что может вызвать дополнительные деформации конструкций под нагрузкой [2]. Несмотря на то, что на ранних стадиях твердения при повышенной температуре наблюдается более интенсивный рост прочности бетона, чем в нормальных условиях, это не гарантирует достижения требуемой конечной прочности и долговечности. Напротив, преждевременное обезвоживание может привести к снижению этих показателей [6].

Эффективность применяемых технологических решений

Применение специализированных материалов и технологических приемов позволяет эффективно бороться с указанными проблемами:

Оптимизация состава бетонной смеси: Использование цементов с низкой теплотой гидратации, охлажденных заполнителей и воды, а также специальных добавок (пластификаторов, замедлителей схватывания, водоудерживающих и уменьшающих усадку добавок) позволяет контролировать процесс гидратации, сохранять удобоукладываемость смеси и минимизировать потери влаги [3, 4, 10]. Например, включение материалов с фазовым переходом и наноматериалов (нанокремний, углеродные нанотрубки) способствует регулированию температурных колебаний и улучшению механических свойств бетона [4].

Контроль температуры смеси: Охлаждение компонентов бетонной смеси (заполнителей, воды) и использование жидкого азота позволяют снизить начальную температуру бетона, что замедляет испарение влаги и увеличивает время жизни смеси [3].

Эффективный уход за бетоном: наиболее критичным аспектом является влажностный уход. Регулярный полив, укрытие поверхности пленками или влагоемкими материалами, а также применение пленкообразующих составов предотвращают преждевременное высыхание и обеспечивают необходимые условия для гидратации цемента [15]. Это позволяет достичь проектной прочности и избежать образования усадочных трещин. Тепловая обработка бетонных и железобетонных изделий также является эффективным методом обеспечения требуемых свойств в условиях жаркого климата [5].

Организация работ: Проведение бетонирования в ночное или утреннее время, когда температура воздуха ниже, значительно снижает риски, связанные с быстрым испарением влаги [3].

Заключение

Бетонирование в условиях сухого и жаркого климата представляет собой сложный и многогранный процесс, требующий глубокого понимания механизмов влияния климатических факторов на свойства бетонной смеси и твердеющего бетона. Повышенные температуры, низкая относительная влажность и интенсивное солнечное излучение ускоряют процессы испарения влаги, что отрицательно отражается на гидратации цемента, прочности, трещиностойкости и долговечности возводимых конструкций. Проведённый анализ показал, что минимизация указанных негативных воздействий возможна за счёт комплексного применения научно обоснованных технологических решений, включающих тщательный выбор материалов, оптимизацию процессов приготовления и транспортировки, использование специальных методов укладки и ухода за бетоном, а также внедрение инновационных добавок и нанотехнологий. Эффективность данных мер заключается не только в обеспечении требуемых физико-механических характеристик, но и в создании условий для повышения эксплуатационной надёжности и безопасности строительных объектов. Таким образом, разработка и практическая реализация современных технологий бетонирования в экстремальных климатических условиях является приоритетным направлением, обеспечивающим повышение качества строительства и снижение эксплуатационных затрат в долгосрочной перспективе.

Список литературы:

1. Бельхадж С., Ибрагимов Р. А. Технология бетонирования в условиях жаркого климата Марокко // Известия Казанского государственного архитектурно строительного университета. – 2016. – № 4 (38). – С. 222-227.
2. Особенности бетонирования в условиях сухого и жаркого климата // ARHPLAN.ru. URL: https://www.arhplan.ru/technology/concreting/osobennosti betonirovaniya-v-usloviyah-suhogo-i-zharkogo-klimata
3. Методы бетонирования в условиях сухого и жаркого климата // Betony.ru. URL: http://betony.ru/monolitniy-beton/metody-betonirovaniya-v-jarkom klimate.php
4. Фахратов М.А., Аль-Джубури Х.А.М.С. Проблемы технологии бетона в условиях сухого жаркого климата и пути их решения // Components of Scientific and Technological Progress. – 2023. – № 6 (84). – С. 19-24.
5. Хакимов Ш.А., Мамадов Б.А. Тепловая обработка бетонных и железобетонных изделий в условиях сухого жаркого климата // Строительство и образование. – 2022. – №2. – С. 1-8.
6. Физико-механические свойства бетона в условиях сухого жаркого климата // Cyberleninka.ru. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/fiziko-mehanicheskie svoystva-betona-v-usloviyah-suhogo-zharkogo-klimata
7. Баскаков К.О. Особенности бетонирования при строительстве высотных зданий в условиях сухого жаркого климата // StudNet. – 2020. – №5. – С. 1-9.
8. Темкин Е.С. Повышение стойкости и эффективности бетонов в условиях сухого жаркого климата: дис. ... д-ра техн. наук. – М., 2001. – 342 с.
9. Аблаева У.Ш. Технологические методы улучшения долговечности бетонов в условиях сухого жаркого климата Узбекистана // Вестник науки и образования. – 2020. – № 10 (88). – С. 8-11.
10. Мамажонова Ф.М., Муминов Б.Б. Повышение качества бетона в условиях жаркого и сухого климата // Достижения науки и образования. – 2018. – № 5 (27). – С. 14-15.
11. Давиденко А.Ю., Арчакова В.А. Бетонирование в условиях жаркого и сухого климата // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. – 2020. – С. 44-48.
12. Селезнева О.И., Асоев Н.Н., Юмина В.А. Выбор материалов для бетонирования в условиях сухого жаркого климата // Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирского мегабассейна. – 2016. – С. 248-251.
13. Влияние пластифицирующих добавок на процесс твердения бетона в условиях сухого жаркого климата // Cyberleninka.ru. URL:  https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-plastifitsiruyuschih-dobavok-na protsess-tverdeniya-betona-v-usloviyah-suhogo-zharkogo-klimata
14. Тринкер А.Б. Климатические проблемы строительства // Современное промышленное и гражданское строительство. – 2018. – № 2. – С. 6-10.
15. Батчаев Е.А. Новые конструкции облицовок каналов, возводимых в условиях сухого жаркого климата: автореф. дис. ... канд. техн. наук. – М., 2005. – 24 с.