Для создания нормальных условий твердения бетонной смеси необходимо

Обновлено: 02.05.2024

Условия твердения бетона и уход за ним

Жидкие строительные смеси на основе цемента в результате химической гидратации компонентов превращаются в камень с кристаллической структурой. В зависимости от заложенных в конструкцию прочностных показателей используют бетоны разных марок, соответствующих требованиям конкретных ГОСТ и СП. Правильное твердение раствора является залогом набора максимальной прочности монолитом.

Химико-гидролитическая кристаллизация

Процесс реакции компонентов цемента с водой проходит с выделением тепла. В составе связующего присутствуют активные компоненты, участвующие в реакциях твердения формованных конструкций:

Трехкальциевый алюминат (3CaO*Al2O3), самый активный компонент. Он связывает воду в течение первых часов, работает в жидкой среде.
Алит, трехкальциевый силикат (3CaO*SiO2) работает в паре и продолжает отверждение после схватывания, образуя кристаллит.
Белит (2CaO*SiO2) и четырехкальциевый алюмоферрит 4CaO*Al2O3*Fe2O3) продолжают кристаллизацию годами.
В составе монолита присутствуют оксиды кальция и магния и незакристаллизованное стекло.

Для полного прохождения реакции должны быть соблюдены температурные и временные условия. Ускорить или замедлить процесс могут различные факторы.

Этапы набора прочности

Сразу после замеса начинается химический процесс приобретения компонентами цемента связующих свойств взаимодействием с молекулами воды. Вначале масса густеет и теряет текучесть, потом приобретает форму в опалубке, набирает прочность. Временных рамок для каждого процесса не существует, реакции идут, разогревая тесто, пока оно твердеет. Прочность монолита нарастает годами.

Степени набора прочности

Насчитывается 4 ступени набора прочности по результатам гидратирования.

Схватывание – первичное связывание воды в растворе начинается со времени замеса, но в течение первых двух часов раствор остается подвижным, центры кристаллизации не образованы. Последующий час происходит схватывание. Затормозит процесс интенсивное перемешивание, вибрация, но при этом произойдет потеря прочности.
Твердение до критической прочности (30-50 % от распалубочной) происходит за счет связывания молекул в комплексы. В этот момент должен соблюдаться баланс влажности. Зимой залитый бетон подогревают до набора критической прочности. Считается, в массе отсутствует свободная вода, могущая образовать кристаллы при замерзании.
Распалубочная прочность – монолит не готов принимать нагрузку, но не деформируется, держит форму при снятой опалубке. Показатели достигаются в благоприятных условиях за неделю, составляет 70 % от расчетной для марки строительной смеси.
Расчетная прочность, показатель класса бетона, наступает через 28 дней после заливки при соблюдении стандартной технологии.

Факторы, влияющие на твердение

Температура и влажность. Количество воды определяет жесткость смеси, ее подвижность и технологию отвердения монолитов. Ингредиент должен быть чистым, с минимальным содержанием солей кальция и магния.

Температурный диапазон гидратации +5 - +(25-40) 0 С зависит от вида и марки цемента.

Вид цемента	Предельная температура воды	Предельная температура бетонного теста
Глиноземистый	20	25
Портланд М300-350	80	40
Портланд М400- 550	60	35

При большей температуре замеса теряется прочность монолита. Подогревать можно не только воду, но песок или щебень. Подогрев практикуют, если температура окружающей среды опускается до 5-10 градусов, чтобы ускорить схватывание смеси. Температуру контролируют в толще массы, не допуская разогрева до предельных показателей. Для этого при заливке вставляют трубки для замеров на глубине. Площадку сверху охлаждают, применяют увлажнение.

Зимнее бетонирование. Реакции гидратации прекращаются при температуре +5 0 С. Вода, замерзая, превращается в лед. В процессе схватывания бетона это недопустимо. Последствиями будет потеря прочности, расслаивание монолита. Поэтому зимняя заливка ведется по специальным технологиям:

До затворения вода и песок подогреваются, на строительную площадку доставляют теплый раствор.
После заливки обеспечивается подогрев массива доступными способами – электрообогревом, утепляющими матами или шатром.
Глиноземистый цемент при схватывании разогревается сильнее, чем портланд, ускоряя процесс гидратации в неблагоприятных условиях.

Длительность электропрогрева 3-8 часов зависит от его интенсивности в технологических пределах. Дальше бетон твердеет самостоятельно, но процесс идет медленно, расчетная прочность набирается за 2-3 месяца.

Качество исходных материалов. Основной составляющей бетона является цемент. Его качество контролируется стандартами. Используется цемент без комочков, свежий. Общим является ограниченное количество в обожженном клинкере оксидов кальция и магния. Они не участвуют в кристаллизации, а значит, бесполезны при твердении.

Используется чистая мягкая вода. Сыпучие материалы не должны содержать глину, растительные остатки. Инертные компоненты в реакции гидратации участия не принимают, но они изначально имеют высокую плотность.

Марка бетона, М	Схватывание, часы, до	Твердение, суток, до
100	3,5	30
200	2,5	25
300	2,0	14
400	2.0	7
500	1.0	4

Строительные смеси высоких марок требуют более интенсивного ухода за поверхностью во время твердения. Это предупредит растрескивание при быстрой усадке. Особенности усадки регулируются использованием марки бетона. Меньшую деформацию дают составы с преобладанием алитов и более мелких фракций заполнителей.

Влияние добавок

Для придания бетону определенных свойств, ускорения или замедления гидрохимической кристаллизации формованного камня применяют химические добавки. По воздействию на строительные растворы их можно разделить:

пластификаторы;
ускорители и замедлители твердения;
гидрофобизаторы;
зимние добавки.

Пластификаторы для бетона обеспечивают удобоукладываемость жесткой массы. Присадка способствует лучшему заполнению формы без вибратора. Повышается живучесть бетонной смеси, экономится цемент. За счет свойства пластичности снижается возможность образования трещин.

Ускорители твердения уменьшают время созревания бетона. Ускоряется распалубка, что экономически выгодно. С подобными составами лежалый цемент приобретает большую активность, время схватывания значительно ускоряется, даже при пониженных температурах окружающей среды. Добавки не применяют, если в композиции использован глиноземный цемент или конструкции включают арматуру.

Гидрофобизатор – добавка, перекрывающая микроканалы в плите. Водоотталкивающие свойства бетонного монолита повышают его стойкость при многократном промораживании. Конструкция сохраняет паро- газопроницаемость, но предохраняет помещение от сырости.

Противоморозные добавки превращают воду в солевой раствор, который имеет низкую температуру замерзания. Результат – предотвращение образования льда в только что залитом бетоне.

Вывод

Отвердение бетона, набор прочности зависит от правильно выбранной композиции, и грамотной технологии ухода за поверхностью монолита. Плита упрочняется не 28 дней, а в течение нескольких лет, за счет кристаллизации и превращения монолита в камень. Неправильный уход за свежим бетоном приводит к разрушению конструкции за это же время.

Важная величина: как узнать время схватывания бетона

Бетон – один из наиболее применяемых в современном строительстве материалов благодаря прочности, доступности, разнообразию видов и методов обработки.

Замешанное из цемента и воды с добавлением заполнителей «тесто» может принимать любую заданную форму и, в результате твердения, образовывать прочный, долговечный материал – цементный камень.

Стадии набора прочности бетона

Как происходит превращение подвижного раствора в твердое вещество?

Чтобы понимать этот процесс, нужно представлять состав бетона.

Главным компонентом бетонной смеси является портландцемент. Это вяжущее составляющее, в основе которого 4 минерала:

C2S двухкальциевый силикат,

C3S трёхкальциевый силикат,

C3A трёхкальциевый алюминат,

C4AF четырёхкальциевый алюмоферрит.

Для приготовления бетонной смеси портландцемент смешивается с водой и заполнителями (шлак, гравий, щебень, песок). Иногда в смесь добавляются те или иные присадки, в зависимости от желаемых свойств бетона.

Минералы, входящие в состав цементного клинкера, при смачивании водой вступают в реакцию гидратации, в процессе которой образуются новые соединения, и бетон образует кристаллическую структуру.

Таким образом, твердение бетона – это кристаллохимический процесс.

В твердении бетона выделяют две стадии:

Бетон начинает схватываться уже через 2 часа, а через 60 минут после начала процесса он уже схватится. Пока бетон не схватился, его подвижность сохраняется.

Интересно!

Иногда, при невозможности немедленно заняться укладкой бетона, смесь слишком долго перемешивают, чтобы она не схватывалась. Это влияет на качество бетона не лучшим образом.

После того, как бетон схватился, начинается процесс твердения.

Сколько времени требуется на застывание

Полное отвердевание бетона может продолжаться многие месяцы, но во время строительных работ нужны определенные ориентиры, которых можно придерживаться.

Важно!

Преждевременная нагрузка на бетон ную конструкцию может разрушить не набравший достаточной прочности бетон , а передерживание бетона в опалубке удорожает строительные работы и увеличивает продолжительность строительства.

Расчетной прочностью бетона называют ту прочность, которую бетон определенного класса достигает при нормальных условиях через 28 дней.

Срок твердения бетона без добавок

Как быстро бетон наберет прочность, зависит от многих факторов. В нормальных условиях скорость отвердевания бетона без добавок зависит от класса бетона.

Интересно!

В быту до сих пор встречается словосочетание «марка бетона». Оно ошибочно: по маркам классифицируется цемент, а бетон подразделяется на классы.

Таблица 1. Старая и новая маркировка бетона

Факторы, влияющие на твердение цементного раствора

Срок застывания бетона зависит от различных факторов:

качества исходных материалов;

температуры и влажности воздуха;

обработки бетона (утрамбовывание, виброобработка);

ухода за бетоном;

использования специальных добавок.

Согласно ГОСТ, нормальными условиями твердения бетона являются:

температура воздуха 18–22°С;

относительная влажность воздуха 100%.

При изменении температуры меняется и скорость затвердевания бетона. При повышении температуры в диапазоне 0°С – 100°С каждые 10°С повышения температуры увеличивают скорость протекающих процессов в 2–4 раза.

График твердения бетона при разных температурах

Когда температура становится выше, схватывание и отвердение бетона ускоряются; при понижении температуры – замедляются. При температуре ниже 5° С процесс набора прочности резко замедляется, а при отрицательных температурах прекращается.

Уменьшение влажности воздуха замедляет процесс застывания, поскольку бетон быстрее сохнет, и воды становится недостаточно для гидратации.

Способы регулирования скорости отвердевания бетона

В зависимости от задач, может потребоваться увеличить или снизить скорость твердения бетона. Можно повлиять на процессы температурно или химически.

Ускорение твердения

Для увеличения скорости твердения, применяют:

снижение водоцементного соотношения (повышение жесткости смеси, что снижает удобоукладываемость);

добавление в бетон специальных добавок-ускорителей.

Замедление твердения

Когда может понадобиться замедление отвердевания:

при изготовлении высокомарочных смесей, которые застывают очень быстро из-за повышенного содержания вяжущего компонента;

при необходимости транспортировки готовой смеси на дальние расстояния;

при заливке бетона в несколько этапов.

В этих случаях применяют специальные добавки, которые замедляют реакцию гидратации и гидролиза минералов клинкера, откладывая процесс схватывания на несколько часов.

Как узнать точное время затвердевания бетона?

Сроки полного отвердевания разных видов бетона варьируются в зависимости от состава. Примерное представление о продолжительности процессов твердения бетона с использованием марок цемента М200, М250, М300, М400, М500 и так далее, можно узнать из статей, графиков, специальных таблиц.

Таблица 2. Время застывания бетона на портландцементе М400, М500

Для того чтобы точно узнать, сколько времени понадобится, чтобы получить расчетную прочность бетона, используются два метода:

Узнать точные данные в лаборатории производителя.

Вызвать технолога на объект для взятия проб. Для образцов используют кубические отливки со стороной 10 см, которые должны твердеть в тех же условиях, что и основная конструкция. Затем проводятся испытания разрушающими методами, которые точно показывают марочную прочность бетона и сроки его схватывания и полного отвердевания.

Время застывания бетона в опалубке

Своевременная распалубка бетона повышает оборачиваемость оборудования для опалубки и оптимизирует сроки строительства.

Распалубочной прочностью называют прочность, достаточную, чтобы снять опалубку и дать стартовую нагрузку. Обычно она составляет 70% от расчетной прочности (или другую величину, оговоренную в проектной документации).

Для не ответственных конструкций, например, стяжек, отмостк и и других конструкций , работающих только на сжатие, допустима распалубка на 3–5-й день, по достижении прочности 30–40% от расчетной.

Важно!

Современные бетоны с добавками могут достигать распалубочной прочности за 1–2 дня.

Сколько времени бетон застывает в воде

Твердение в воде – лучшие условия для набора прочности бетона. Непрерывное выдерживание в воде способствует более интенсивному увеличению модуля упругости, чем твердение на воздухе.

При выдерживании бетона на воздухе, на его поверхности, в результате обезвоживания, прекращается реакция гидратации, и образуются ячейки и поры; застывший на воздухе цементный камень имеет больше дефектов структуры, меньшую плотность и более высокую подверженность коррозии.

Уход за бетоном после заливки

Уход за бетоном имеет цель создать такие условия твердения, при соблюдении которых бетон будет набирать заданную прочность с нужной скоростью, а его структура будет максимально качественной.

Для оптимизации процесса отвердевания решающее значение имеет обеспечение правильной температуры и высокой влажности.

После укладки бетонной смеси и ее уплотнения (если таковое производилось), проводятся специальные мероприятия по уходу за бетоном.

Защита от испарения влаги

Отвердевание бетона внешне похоже на высыхание, но на самом деле, это реакция, которая происходит с обязательным участием воды. При застывании бетона на воздухе, его поверхность быстро высыхает, и реакция гидратации прекращается. Образуется разность давления в толще бетона и на его поверхности, что приводит к появлению дефектов в виде трещин .

Для защиты от пересыхания поверхность бетона закрывают водонепроницаемыми материалами, такими, как пленка, брезент, в некоторых случаях, слой опилок или песка, который постоянно смачивают.

Обеспечение равномерной температуры

При заливке массивных конструкций (например, плит фундамента) возникает еще одна проблема – температурный градиент.

Реакции гидратации происходят с выделением тепла. В массивных конструкциях возникает разница между температурами в толще бетона и на его поверхности. В толще слоя бетона температура может достигать 50–80°С. Если разница с температурой поверхности превышает 20–30°С, может произойти разрыв структуры бетона, что влечет интенсивное образование трещин на внешней стороне конструкции и потерю прочности.

Чтобы предотвратить градиент температур, необходимо снизить температуру всей конструкции. Для этого, после укрытия паро- или водонепроницаемым материалом, на поверхность бетона льют холодную воду, меняя ее после нагрева.

Важно!

Снижение температуры не должно быть резким. Допускается снижать ее на 1–2° С в час, а для некоторых типов конструкций не более, чем на 12–13°С в сутки (эта информация указывается в регламенте).

Для проведения этих мероприятий необходимо знать точную температуру в толще бетона; по регламенту, ее необходимо измерять в первые сутки каждые 1–2 часа, а затем 1 раз в 8 часов и фиксировать полученные данные в специальных журналах . Для того, чтобы иметь возможность измерять температуру, при заливке в бетон вставляют трубочки на расстоянии не более 8 м друг от друга.

Защита от охлаждения

В зимнее время возникает задача сохранить тепло в бетоне , поскольку при температуре ниже плюс 5 ° С затвердевание прекращается. Главной задачей становится обеспечение твердения до приобретения бетоном критической прочности.

Важно!

Критической прочностью называют прочность в зимнее время, по достижении которой замерзание воды в порах бетона уже не носит разрушающий характер (обычно 30-50% от расчетной прочности).

Используются разные методы сохранения тепла:

Прогрев электродами или инфракрасным излучением (последнее технологически сложно).

Установка тепляков с прогретым воздухом.

Использование сохраненного тепла реакции гидратации («тепловой осмос» или «метод термоса), для которого поверхность бетона укрывают теплоизоляционными материалами, такими, как минераловатные плиты, рулонные материалы в несколько слоев.

Противоморозные добавки. Если раньше использовался хлорид кальция, сейчас его применение, как и других хлоридов, не рекомендуется из-за агрессивного воздействия на арматуру. Чаще используют формиат кальция или натрия и другие соли-электролиты, снижающие температуру замерзания воды либо готовые комплексные добавки, обладающие не только противоморозным, но и пластифицирующим действием.

Применение добавок-ускорителей совместно с тепловой обработкой. В этом случае добавки нужны для быстрого достижения критической прочности, затем, при помощи согревающих или сохраняющих тепло мероприятий, обеспечивается оптимальная температура до достижения расчетной прочности бетона.

Надо ли поливать бетон водой?

Поскольку водная среда оптимальна для завердевания, полив бетона водой целесообразен, но только в летнее время, особенно, в жаркую погоду. Интенсивное обеспечение влажности позволяет снизить вероятность появления дефектов.

Набор прочности бетона – сложный химический процесс, который зависит от множества факторов. Для оптимизации строительных работ используются методы тепловлажностной обработки бетона. Современное решение – использование специальных добавок, регулирующих скорость отвердевания.

Условия твердения бетона и уход за ним

Твердение бетона представляет собой сложное физико-химическое явление, при котором цемент, взаимодействуя с водой, образует новые соединения.

Вода проникает вглубь частиц цемента постепенно, в результате все новые его порции вступают в химическую реакцию. Поэтому бетон твердеет постепенно. Даже через несколько месяцев твердения внутренняя часть зерен цемента еще не успевает вступить в реакцию с водой.

При благоприятных условиях твердения прочность бетона непрерывно повышается. Для нормального твердения бетона необходима положительная температура 20 (±2)°С с относительной влажностью окружающего воздуха не менее 90%, создаваемой в специальной камере или при засыпке бетона постоянно увлажняемым песком либо опилками.

Если бетон твердеет все время в воде, то его прочность будет выше, чем при твердении на воздухе. При твердении бетона в сухой среде вода из него через несколько месяцев испарится и тогда твердение практически прекратится. Объясняется это тем, что внутренняя часть многих зерен цемента не успевает вступить в реакцию с водой. Поэтому для достижения бетоном необходимой прочности нельзя допускать его преждевременного высыхания. В теплую сухую и ветреную погоду углы, ребра и открытые поверхности бетона высыхают быстрее, чем внутренние его части. Необходимо предохранить эти элементы от высыхания и дать им возможность достигнуть заданной прочности.

При твердении бетона всегда изменяется его объем. Твердея, бетон дает усадку, которая в поверхностных зонах происходит быстрее, чем внутри, поэтому при недостаточной влажности бетона в период твердения на его поверхности появляются мелкие усадочные трещины. Кроме того, трещинообразование возможно в результате неравномерного разогрева массивного бетона вследствие тепловыделения при схватывании и твердении цемента. Трещины снижают качество, прочность и долговечность бетона.

Рост прочности бетона в значительной степени зависит от температуры, при которой происходит твердение. Твердение бетона при температуре ниже нормальной замедляется, а при температуре ниже 0°С практически прекращается; наоборот, при повышенной температуре и достаточной влажности процесс твердения ускоряется.

Продолжительность твердения имеет большое практическое значение при бетонных работах. Ускорение твердения необходимо, когда требуется быстрое нагружение конструкции эксплуатационной нагрузкой или раннее распалубливание, а главным образом при работах зимой и при изготовлении бетонных и железобетонных изделий.

Для ускорения твердения бетона применяют добавки-ускорители (хлористый кальций, хлористый натрий, нитрат кальция, поташ, сернокислый глинозем, хлорное железо, строительный гипс), вводимые при приготовлении бетонной смеси. Процентное содержание добавок устанавливается экспериментальным путем или принимается в соответствии с указаниями специальных инструкций.

Добавка хлористых солей (хлористого кальция, хлористого натрия или хлорного железа) допускается к бетону неармированных конструкций не более 3% от веса цемента, к бетону армированных конструкций — не более 2%. Также по этой теме можно дополнительно почитать в разделе Бетон с противоморозными добавками.

Добавки-ускорители не допускается вводить в бетонные смеси, предназначенные для изготовления:

предварительно напряженных железобетонных изделий и конструкций с проволочной арматурой диаметром 5 мм и менее;
железобетонных конструкций, предназначенных для эксплуатации при относительной влажности воздуха более 60%, а также утеплителя для кровельных покрытий в случае применения хлористых солей;
конструкций, на поверхности которых не может быть допущено образование высолов, если при экспериментальной проверке установлено их появление;
изделий автоклавного твердения;
бетонных и железобетонных конструкций, которые возводятся в зонах блуждающих токов.

Добавки-ускорители запрещается вводить в бетонные смеси, приготовляемые с использованием глиноземистых цементов.

В производстве сборного железобетона, а в холодное время года и для монолитного бетона широко применяют для ускорения твердения прогревание бетона паром или электрическим током.

Ускоряют процесс твердения особо быстротвердеющие портландцемента (ОБТЦ) и быстротвердеющие портландцемента (БТЦ), а также жесткие бетонные смеси.

Чтобы свежеуложенный бетон получил требуемую прочность в назначенный срок, за ним необходим правильный уход: поддёржание его во влажном состоянии, предохранение от сотрясений, повреждений, ударов, а также от резких изменений температуры.

Благоприятные температурно-влажностные условия для твердения бетона обеспечивают путем предохранения его от вредного воздействия ветра и прямых солнечных лучей и систематической поливкой. Для этого открытые поверхности свежеуложенного бетона укрывают влагоемким покрытием (мешковиной, слоем песка, опилок и др.). В зависимости от климатических условий частота поливки влагоемкого покрытия должна быть такой, чтобы поверхность бетона в период ухода все время была во влажном состоянии. В сухую погоду открытые поверхности поддерживают во влажном состоянии до достижения бетоном 70% проектной прочности.

Поливают бетон из брандспойтов с наконечниками, разбрызгивающими струю.

В жаркую погоду поливают также деревянную опалубку. При снятии опалубки до истечения срока поливки (например, опалубки колонн, стен, боковых щитов балок) поливают и распалубленные вертикальные поверхности бетонных конструкций. Наиболее эффективно вертикальные и крутонаклонные поверхности поливать непрерывным током воды через систему трубок с мелкими отверстиями. В жарком сухом климате этот способ полива применяют обязательно.

Свежеуложенный бетон, находящийся в соприкосновении с текучими грунтовыми водами (особенно агрессивными), должен быть защищен от их воздействия путем временного отвода воды, устройства изоляции и другими средствами в течение 3 суток, если он изготовлен на глиноземистом цементе, и 14 суток при изготовлении на прочих цементах.

Укрытие и поливка бетона требуют значительной затраты труда, поэтому поверхности, не предназначенные в дальнейшем для монолитного контакта с бетоном и раствором (например, площадки, дороги, аэродромные покрытия, полы, перекрытия), а также торкретные слои допускается вместо укрытия и поливки покрывать специальными покрасочными составами и защитными пленками (лаком «этиноль», дегтевыми и битумными эмульсиями, разжиженным битумом, полимерными пленками).

Ограждающие конструкции из легких бетонов на пористых заполнителях, к влажности которых предъявляются особые требования водой не поливают, а покрывают покрасочным составом и пленками предохраняющими бетон от увлажнения.

Движение людей по забетонированным конструкциям, а также установка на них лесов и опалубки допускается только тогда, когда бетон достигнет прочности 15 кг/см 2 . Движение автотранспорта и бетоноукладочных машин по забетонированной конструкции допускается только по достижении бетоном прочности, предусмотренной проектом производства работ.

Состав мероприятий по уходу за бетоном, порядок и сроки их проведения устанавливаются строительной лабораторией и утверждаются техническим руководством строительства.

Способы регулирования температурного режима в бетоне массивных конструкций с начала укладки бетонной смеси до момента замоноличивания межблочных швов и режимы охлаждения бетона устанавливаются в проекте сооружения или в проекте производства работ.

Набор прочности бетона в зависимости от температуры и прочих факторов

Своим основным качеством — прочностью — бетон обязан реакциям гидратации, которые запускаются после того, как цемент смешивают с водой.

Из чего состоит бетон

Основным компонентом, который обеспечивает характеристики готового бетона, является цемент. Это вяжущее водного твердения, которое в присутствии воды образует прочную кристаллическую структуру, но на это требуется время.

Второй важный компонент бетонной смеси — вода, которая и запускает реакции гидратации. Постоянное присутствие воды — важный фактор, без которого набор прочности не будет происходить должным образом.

Также в состав бетонной смеси вводят крупные и мелкие заполнители ( гравий или щебень и песок соответственно).

Условия твердения бетона

Твердение бетона подчиняется определенным законам.

Можно выделить две стадии набора прочности бетона:

схватывание;
твердение.

Схватывание бетона

Это первая стадия набора прочности, которая происходит в течение первых суток после замеса.

Интересно!

Если бетонную смесь перемешивать, она не схватывается. Это свойство позволяет транспортировать бетон в течение довольно длительного времени. Также, в случае, если необходимо продлить срок «жизни» бетонной смеси, используются пластификаторы. Они позволяют повысить пластичность и подвижность смеси, предотвратить ее расслаивание, сделать ее податливой и удобной в работе. К тому же, пластификатор позволяет уложить бетонную смесь более плотно (иногда даже без применения специальной обработки), «выгоняет» из нее воздух, благодаря чему минимизируется как количество пор, так и их диаметр, и в итоге бетон получается более плотным и прочным. Повышаются также такие его характеристики, как водонепроницаемость и морозостойкость.

Скорость схватывания бетона зависит от температуры воздуха. Так, при температуре около 20°С схватывание начнется примерно через два часа после замеса, а процесс займет около часа. При температуре окружающего воздуха около 0°С схватывание начинается лишь через 6–10 часов после замеса и занимает порядка 15–20 часов. Напротив, при повышенной температуре схватывание происходит очень быстро.

Важно!

Иногда требуется, чтобы схватывание и твердение бетона происходили быстрее. Например, необходимость в этом может возникнуть, если бетонные работы проводятся зимой, при низких температурах (когда, напротив, эти процессы сильно затормаживаются). В этом случае помогают в строительных работах ускорители твердения бетона. Благодаря добавлению ускорителей твердения бетон быстро набирает критическую прочность, после чего ему уже не страшны низкие температуры.

Твердение бетона

После первой стадии — схватывания — наступает черед, собственно, твердения бетона или набора прочности.

В процессе твердения бетона различают два важных момента:

набор критической прочности;
набор распалубочной прочности.

Критическая прочность бетона: что это такое

Критическая прочность бетона особенно важна в зимнее время. После достижения критической прочности бетону уже не страшны морозы. Если бетон замерз до достижения критической прочности, то, хотя после оттаивания он продолжит твердение, в итоге получится менее прочный бетон, чем было запроектировано.

Какую прочность считать критической, определяет проектная документация. Обычно она составляет 30–50%, иногда 70% от расчетной.

Распалубочная прочность

Распалубочной прочностью называют такую прочность, при достижении которой можно снимать опалубку. Она бывает разной для разных типов конструкций и обычно составляет не менее 50%, но, в основном, 70–80% от расчетной прочности.

Скорость набора бетоном распалубочной прочности играет важную роль, поскольку быстрый набор распалубочной прочности ускоряет оборот оборудования и увеличивает темпы строительства.

От чего зависит набор прочности бетона

На твердение бетона оказывают влияние многие факторы.

Цемент

Состав, активность, свежесть цемента напрямую влияют на набор прочности:

Активность цемента. Активностью называется предел прочности цементных образцов на сжатие в возрасте 4 недель. Для набора прочности имеет значение тонкость помола и гранулометрия. Мелкие частицы быстрее смачиваются водой и способствуют быстрому твердению, а частицы средней фракции влияют на прочность, которая будет набрана к концу 4-й недели. Крупно смолотый цемент хуже вовлекается в реакции гидратации, и даже в готовом бетоне остаются непрореагировавшие с водой цементные зерна, что, конечно, плохо отражается на прочности готового бетонного камня.
Свежесть цемента. Цемент, каким бы качественным он ни был, при хранении очень быстро теряет свои характеристики, особенно, если материал хранился открытым при высокой влажности воздуха. В этом случае уже через 3 месяца прочность снижается для суточных образцов на 62%, а для образцов в возрасте 28 суток — на 23%. Интересно, что добавление пластификатора в таком случае позволяет получать качественный бетон даже из лежалого цемента.
Химический состав клинкера и примеси, которые могут увеличивать или уменьшать активность того или иного типа цемента.

Водоцементное соотношение

Цемент и вода в бетонной смеси находятся в определенном соотношении, и выдержать правильную пропорцию очень важно.

Для определенного количества цемента нужно определенное количество воды, а именно, отношение воды к цементу должно равняться 0,3. В этом случае воды достаточно, чтобы весь цемент вступил в реакцию, и не было излишков свободной воды. Однако в этом случае получается очень жесткая бетонная смесь, с которой практически невозможно работать. Поэтому обычно берут водоцементное соотношение 0,45–0,55. Но, если в стремлении сделать смесь более подвижной и удобоукладываемой, добавляют слишком много воды, она остается в непрореагировавшем состоянии, испаряется и оставляет в бетоне поры, которые в итоге негативно влияют на его прочность.

Вот почему для увеличения подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси используют специальные добавки — пластификаторы. Добавление пластификатора позволяет экономить цемент, воду и при этом получать качественный прочный бетон (при меньшем количестве цемента в смеси бетон с пластификатором сохраняет запроектированную прочность).

Говоря о подвижности смеси, нужно упомянуть и методы ее уплотнения, которые напрямую влияют на набор прочности. Если бетонная смесь не относится к «самоуплотняющимся», она требует уплотнения виброобработкой или другими методами. В противном случае в бетоне остаются полости и раковины, снижающие его прочность.

Зависимость набора прочности от температуры и влажности воздуха

Заметное влияние на набор прочности бетона оказывают температура и влажность окружающего воздуха.

Оптимальными являются следующие показатели:

температура воздуха 18–20°С;
влажность воздуха около 100%.

Как было рассмотрено выше, большое значение для процесса набора прочности имеет вода. Именно она обеспечивает реакции гидратации, приводящие к образованию прочной кристаллической структуры бетона. При слишком низкой температуре (ниже 0°С) вода, которая еще не успела прореагировать с цементом, замерзает. Реакции гидратации прекращаются, а замерзшая вода увеличивается в объеме, провоцируя появление микротрещин, снижающих прочность бетона. При слишком высокой температуре воздуха либо слишком низкой влажности воздуха бетонная смесь быстро и неравномерно пересыхает, что в итоге также приводит к замедлению или прекращению реакций гидратации.

Поэтому уход за бетоном после укладки, особенно, если условия далеки от оптимальных, необходим.

В случае слишком высокой температуры и низкой влажности воздуха бетон поливают водой и накрывают пленкой, чтобы удержать влагу.

При бетонировании в условиях низких температур используют целый спектр мероприятий (по отдельности или в комплексе), которые можно разделить на три основные группы:

Сохранение естественного тепла, которое выделяется во время реакций гидратации (эффективно для массивных конструкций с малой площадью охлаждения). При этом бетон замешивается на теплой воде и заполнителях и после укладки укрывается теплоизолирующими материалами.
Обогрев уложенного бетона при помощи электродов, инфракрасного излучения и других методов.
Применение противоморозных добавок.

Из всех этих методов наиболее передовым можно считать именно применение противоморозных добавок, которые можно комбинировать с методом термоса или прогревающими мероприятиями.

В отличие от обогревающих и прогревающих мероприятий, противоморозные добавки позволяют вести бетонные работы при очень низких (–20°С) температурах без ущерба для прочности готового изделия. Они часто сочетают свойства пластификатора и ускорителя твердения бетона, позволяя экономить цемент и получать удобную в работе бетонную смесь.

Набор прочности бетона зависит от состава бетонной смеси, пропорций, метода замеса и укладки, а также ухода за уложенным бетоном. Применение специальных добавок позволяет управлять этим процессом и получать предсказуемые результаты. Немаловажен тот факт, что экономическая выгода от применения добавок значительно превышает затраты на них. К примеру, экономия средств при масштабном строительстве благодаря применению пластификатора может оставлять сотни тысяч рублей. Учитывая, что применение добавок позволяет гарантированно получить нужный результат, нет никаких сомнений в целесообразности применения современных добавок.

Условия твердения бетона

Условия твердения бетона зависят от начала химической реакции между цементом и водой в составе, а также температуры и порядка укладки смеси. Подобный процесс занимает много времени и в обычных условиях длится около одного месяца. Сначала набор прочности идет весьма быстро, но довольно резко замедляется. Как показывает практика, чтобы выйти на стопроцентный показатель прочности, требуется около одного месяца пребывания в оптимальных условиях.

Следует отметить, что, при отличных от данных показателей параметров окружающей среды, приходится обеспечивать различные мероприятия. Например, сюда относится проведение увлажнения, утепления, а также некоторых других процедур. Как уже говорилось, набор прочности идет весьма быстро в первые дни, но потом существенно замедляется. Он начинается сразу после схватывания, когда в составе образуются прочные связи между его основными компонентами. Согласно стандартам, полная нагрузка недопустима до того момента, как смесь выйдет на заданный показатель прочности. Частичное осуществление давление может происходить при наборе 70 процентов от номинального показателя. Особенность твердения бетона заключается в том, что конструкция из данного материала будет постоянно набирать прочность, хоть этот процесс и станет чрезвычайно замедленным.

Естественные условия твердения бетона

Твердение бетона в естественных условиях является наиболее распространенным вариантом, который используется чаще всего. Причина заключается не только в доступности, но и минимальных затратах на осуществление подобного способа. Как уже говорилось, стандартное время на твердение бетона в естественных условиях — это около 28 суток, пока состав набирает прочность. Важным моментом является именно процентное соотношение в смеси вяжущего материала и воды.

Между ними происходит химическое взаимодействие, способствующее набору прочности. Частицы цемента начинают скреплять между собой все элементы заполнителя, обеспечивая монолитную массу. Вне зависимости от условий твердения, соотношение воды и вяжущего материала всегда строго просчитывается и соблюдается. Если того или иного компонента будет недостаточно, это приведет к существенной потере во всех эксплуатационных характеристиках. Все пропорции представлены в специализированных документах, позволяющих на их основе создать материал с широким диапазоном показателей. Естественное твердение бетона используется в теплый период года, при создании конструкций, заливаемых непосредственно на строительной площадке. К данной категории относятся различные типы фундаментов, как наиболее популярный класс монолитных объектов.

Автоклавное твердение

Присутствует несколько вариантов добиться того, чтобы смесь твердела быстрее. Довольно дорогостоящим методом, но весьма эффективным по своему результату, является использование автоклава. В этом промышленном оборудовании создается высокое давление и температура, что способствует ускорению всех процессов набора прочности в несколько раз. Бетонные изделия держатся в автоклаве до того момента, пока показатели не выйдут на уровень в 70 процентов от требуемого значения.

Автоклав обладает довольно большой, по своей объему, внутренней камерой. В нее происходит загрузка поддонов с блоками, плитами или иными другими формами элементов. Присутствует несколько рядов по вертикали, что позволяет добиться увеличенного количества обрабатываемых объектов. Бетон автоклавного твердения должен подвергаться воздействию повышенной температуры и давления со всех сторон. Если обеспечить второй фактор довольно легко, то чтобы поддерживать температуру во всех точках одинаковой, требуется использовать конвекционные методы. Обработка происходит при 400-700 градусов в течение относительно короткого времени. Именно этот фактор и обеспечивает высокую производительность автоклава. Следует подробнее рассмотреть процессы, которые происходят в структуре бетона.

Несмотря на то, что температура в 400-700 градусов способствует переходу воды в газообразное состояние, высокое давление не позволяет осуществиться данному процессу. В результате, химическая реакция проходит на порядок быстрее. Процесс схватывания занимает минимальное время, после чего начинается ускоренное твердение. Для улучшения параметров изделия, бетон автоклавного твердения подразумевает использование специальных добавок.

Тепловлажностное твердение бетона

Существует и другой вариант — тепловлажностное твердение бетона. Он имеет высокую эффективность и достаточно часто используется при решении задач современного строительства. К данной категории относится несколько десятков способов. Каждый из них зарекомендовал себя при наличии определенных факторов, что требуется учитывать при выборе конкретного варианта. В условиях холодной погоды происходит замедление твердения, которое, в конечном итоге, приведет к полной остановке, если температура опустится ниже нуля.

Использование добавок является только одним из вариантов обеспечения набора прочности и, как следует отметить, не самым эффективным. Если заливаемый монолитный объект обладает большими размерами, например, в случае строительства крупных коммерческих, промышленных или жилых сооружений, принято использовать методику электрического прогрева. Она подразумевает пропускание через состав электрического тока, который проходит через смесь и вызывает выделение теплоты из-за сопротивления. Существуют и менее распространенные варианты, которые подразумевают тепловлажностные условия твердения бетона. Например, к данной категории следует отнести инфракрасные излучатели, а также контактный обогрев и некоторые другие варианты.

Читайте также: