За счет чего происходит твердение цементного бетона
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.
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.
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.
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);
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).
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
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.
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).
Защита от охлаждения
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.
Как происходит схватывание и твердение бетона
Специфика материала заключается в способности принимать привычное физическое состояние при совмещении с жидкостью и модифицироваться из сухой смеси в прочный и износоустойчивый цементный монолит. Каким образом осуществляется твердение бетона? В чем заключается особенность реакции и, какие условия необходимы для ее протекания? Изучение всех стадий и нюансов помогает разработчикам создавать новые добавки, влияющие на показатели конечного продукта и регулировать условия твердения бетона.
Что представляет собой схватывание бетона?
Модификация берет начало в тот момент, когда происходит процесс схватывания бетона. Процедура подвержена влиянию факторов, воздействуя на которые изготовители могут получать различные результаты. Стандартная температура, к организации которой прибегают производители — 20°С. Если ориентироваться на этот показатель, то предварительное время схватывания бетона составляет 120 минут. В том случае, когда производителю требуется получить продукцию в сжатые сроки, прибегают к возможности организовать быстрое схватывание бетона. Создание высоких температур при проведении процедуры, позволяет получить смесь надлежащего характера в течение получаса.
В случае, если температура схватывания бетона составляет 0°С, то смесь подвергается воздействию в течение более длительного временного отрезка и первые результаты становятся очевидны спустя 6–10 часов.
Специфика заключается и в том, что на протяжении всего периода пока происходит схватывание бетона, состав сохраняет констистенцию, располагающую к подвижности и воздействию. Это качество называется тиксотропия и подразумевает возможность увеличить период застывания раствора. Подобная характеристика объясняет необходимость использования спецтехники при транспортировке материала. Автомобили позволяют поддерживать смесь в состоянии неполной готовности и осуществить перевозку раствора до места назначения, пока не произошло схватывания бетона. Продажа бетона с доставкой требует учета подобных нюансов.
Твердение бетона
По мере осуществления схватывания бетона происходит реакция между водой и цементной смесью. Этот процесс называется гидратацией раствора и эксперты отмечают, что он прерывается или считается завершенным в тот момент, когда из состава исчезает влага. Только что подготовленный бетон считается молодым. Ему нельзя давать замерзать и полностью высыхать, так как в таких условиях раствор потеряет свою прочность, и его технические показатели значительно ухудшатся.
После того, как схватывание бетона завершено, наступает время твердения смеси. Находящийся в жидком состоянии состав перегружают в опалубку, чтобы раствор схватился, приняв необходимую форму, и произошло твердение бетона. Для завершения процесса необходимо некоторое время и дилетанты считают, что в соответствии с нормативами достаточно всего 28 суток для получения результата. В реальности ситуация обстоит иначе и время твердения бетона насчитывает большее количество суток. За это время продукция обретает те свойства, которые позволяют использовать ее с максимальной эффективностью. Четыре недели, регламентированные таким стандартом как ГОСТ твердение бетона, обеспечивают материалу минимальный показатели, располагающие к предоставлению гарантии от производителя. Впоследствии все протекающие процессы замедляются, и, говоря о времени твердения бетона, можно иметь ввиду и, период отстаивания опалубки, в ходе которого повышается прочность продукта. Необходимо учитывать и рекомендованную температуру твердения бетона.
Что влияет на качество бетона?
Большинство процессов и реакций обеспечивают компоненты, входящие в состав смеси и вносимые в него добавки. Так трехкальциевый алюминат включается в действие на той стадии, когда идет схватывание бетона. Ингредиент обеспечивает скорое увеличение прочности материала, не проявляя себя в тот момент, когда процесс достигает финала и начинается процесс твердения бетона. В этот момент в действие вступает двухкальциевый силикат, находящийся в состоянии спокойствия в первый месяц после изготовления продукции. Без его вовлечения протекает схватывание бетона и процесс его затвердевания. Компонент начинает активное воздействие после угасания реакии трехкальциевого силиката и закрепляет основную отличительную особенность продукции — ее прочность. Действие этого ингредиента длится годами. Четырехкальциевый силикат проявляет себя на самом позднем этапе твердения бетона.
Процесс создания продукции из цементной смеси требует соблюдения определенного алгоритма действия и производители строго следят за тем, чтобы при изготовлении соблюдались условия твердения бетона, которые влияют на прочность материала и его технические характеристики. Такие показатели как сцепление частиц смеси, гидратация и температура твердения бетона важны для получения финального продукта, соответствующего стандартам качества.
Если вы решили изготовить необходимый раствор самостоятельно, необходимо принять во внимание несколько факторов, которые помогут добиться желаемого результата:
Время, отведенное на схватывание и твердение бетона должно выдерживаться с точностью и надлежащим вниманием, так как этот параметр может повлиять на дальнейшее состояние всего строения и комфорт работы или проживания в нем, если речь идет о здании.
Транспортная компания «Русь» предлагает вашему вниманию бетонную смесь высочайшего качества. Ее технические показатели и характеристики полностью соответствуют нормам и стандартам изготовления. Материал отличается расположенностью к отличному схватыванию и демонстрирует склонность к активному затвердению. Купив продукцию в нашей компании, вы по доступной стоимости получите товар, удовлетворяющий самым смелым надеждам. При необходимости наши менеджеры помогут выбрать необходимую марку материала, ответят на ваши вопросы и поспособствуют организации доставки продукции до места назначения.
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.
Быстрее всего процессы набора прочности идут в первые часы после укладки бетонной смеси. Затем эти процессы замедляются, причем, тем дальше, тем более медленно они протекают. Таким образом, хотя основной набор расчетной прочности происходит на 28-е сутки, очень медленное твердение бетона продолжается еще в течение многих месяцев.
Можно выделить две стадии набора прочности бетона:
Схватывание бетона
Это первая стадия набора прочности, которая происходит в течение первых суток после замеса.
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.
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.
Этот процесс, постепенно замедляясь, продолжается в течение месяцев и даже лет. Но расчетная прочность достигается на 28-е сутки.
В процессе твердения бетона различают два важных момента:
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:
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:
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:
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.