Набор прочности бетона — температура, влажность, гидратация

Набор прочности бетона — температура, влажность, гидратация

Возведение конструкций различной конфигурации и назначения предполагает заливку фундамента. Поэтому многие строители, преимущественно начинающие, интересуются тем, каково же время набора прочности бетона. Сразу стоит отметить, что этот процесс зависит от многочисленных моментов, среди которых не только условия окружающей среды, но и составляющие самого раствора, используемого для заливки фундамента.

В этой статье мы попробуем разобраться, как набирает прочность бетон и есть ли методы ускорения этого процесса.

Уход за бетоном после заливки: основные цели и методы

Процессы, связанные с проведением мероприятий, которые предшествуют распалубке, содержат несколько технологических приемов. Цель выполнения таких мероприятий одна – создание железобетонной конструкции, максимально соответствующей по своим физико-техническим свойствам параметрам, которые заложены в проект. Основополагающим мероприятием, безусловно, является уход за уложенной бетонной смесью.

Уход заключается в выполнении комплекса мероприятий, которые призваны создать условия, оптимально соответствующие происходящим в смеси физико-химическим преобразованиям, во время набора прочности бетона. Неукоснительное следование предписанным технологией ухода требованиям позволяет:

  • свести к минимальным значениям усадочные явления в бетонном составе пластического происхождения;
  • обеспечить прочностные и временные значения бетонного сооружения в параметрах, предусмотренных проектом;
  • предохранить бетонную смесь от температурных дисфункций;
  • препятствовать прелиминарному отвердению уложенной бетонной смеси;
  • предохранить сооружение от различного происхождения воздействий механического или химического генеза.

Процедуры ухода за свежеобустроенной железобетонной конструкцией следует начинать непосредственно по окончании укладки смеси и продолжаться до тех пор, пока ей не будет достигнуто 70 % прочности, предусмотренной проектом. Это предусматривается требованиями, изложенными в пункте 2.66 СНиПа 3.03.01. Распалубку можно провести и в более ранние сроки, если это обосновано сложившимися параметрическими обстоятельствами.

После окончания укладки бетонной смеси следует провести осмотр опалубочной конструкции. Цель такого осмотра – выяснение сохранения геометрических параметров, выявление протечек жидкой составляющей смеси и механических повреждений элементов опалубки. С учетом того, сколько времени застывает бетон, точнее сказать – с учетом времени его схватывания, проявившиеся дефекты необходимо устранить. Среднее время, за которое может схватиться свежеуложенная бетонная смесь, составляет около 2-х часов, в зависимости от температурных параметров и марки портландцемента. Конструкцию необходимо предохранять от любого механического воздействия в виде ударов, сотрясений, вибрационных проявлений столько, сколько времени сохнет бетон.

Факторы, влияющие на скорость набора прочности бетона

Факторы, от которых зависят сроки схватывания и твердения бетонной смеси:

  • активность цемента, его марка;
  • введение добавок-ускорителей твердения;
  • соотношение вода-цемент в растворе;
  • способ укладки и уплотнения бетонной смеси;
  • технология приготовления смеси;
  • влажность;
  • температура окружающего воздуха.

Набор прочности бетона напрямую зависит от температуры. Бетон может твердеть только при положительных температурах, так как в его составе присутствует вода. При замерзании воды процесс набирания прочности прекращается, он возобновляется, когда столбик термометра поднимется выше нуля, но бетон при этом становится менее прочным.

Чем больше температура, тем интенсивнее идет процесс твердения.

График набора прочности бетона в зависимости от температуры:

* На графике изображен процесс твердения бетона марки В25.

Факторы воздействия

Перед началом строительных работ необходимо взять во внимание все факторы, способные так или иначе оказать влияние на время высыхания бетона.

Сезонность

Конечно же, основное воздействие на процесс высыхания цементного раствора оказывает окружающая среда. В зависимости от температуры и атмосферной влажности период для схватывания и полноценной сушки может ограничиться парой суток в летнее время (но прочность будет невысокой) либо конструкция будет удерживать большое количество воды более 30 дней в период холодов.

Об упрочнении бетона при нормальных температурных условиях лучше расскажет специальная таблица, в которой указано, сколько времени потребуется для достижения максимального эффекта.

Время, сутки Марочная прочность, %
1-3 не более 30
7-14 60-80
28 100

Трамбовка

Также многое зависит и от плотности укладки строительной смеси. Естественно, чем она выше, тем медленнее уходит влага из структуры и тем лучше будут показатели гидратации цемента. В промышленном строительстве эту проблему решают при помощи виброобработки, а в домашних условиях обычно обходятся штыкованием.

Стоит помнить, что плотная стяжка сложнее поддается резке и сверлению после трамбовки. В таких случаях используют буры с алмазным напылением. Сверла с обычным наконечником моментально выходят из строя.

Состав

Наличие разнообразных компонентов в строительной смеси также влияет на процесс схватывания. Чем больше в составе раствора пористых материалов (керамзит, шлак), тем медленнее будет происходить обезвоживание конструкции. В случае с песком или гравием, наоборот, жидкость быстрее выйдет из раствора.

Чтобы замедлить испарение влаги из бетона (особенно в условиях высокой температуры) и улучшить его прочность, прибегают к использованию специальных добавок (бетонит, мыльный состав). Это несколько отразится на стоимости массы для заливки, но избавит от преждевременного пересыхания.

Искусственное увеличение скорости застывания

Время затвердевания цементного раствора в холодное время сильно увеличивается, но сроки все равно остаются ограниченными. Чтобы ускорить процедуру, разработаны различные методики.

BITUMAST Противоморозная добавка в бетон

В современном строительстве время высыхания можно ускорить с помощью:

  • внесение присадок;
  • электроподогрев;
  • повышение необходимых пропорций цемента.

Использование модификаторов

Самый простой способ выполнить работы в срок даже зимой – применять модификаторы. При внесении определенной пропорции наступает сокращение сроков гидратации, при использовании некоторых присадок происходит твердение даже в -30°С.

Условно добавки, влияющие на скорость затвердения, разделяются на несколько групп:

  • тип С – ускорители высыхания;
  • тип Е – водозамещающие добавки с ускоренным застыванием.

Калькулятор застывания фундамента и отзывы показывают максимальную эффективность при внесении в раствор хлорида калия. Материал расходится экономно, так как его массовая доля составляет до 2%.

Если применять смеси отвердения бетона типа С, стоит позаботиться о подогреве, так как они не защищают от замерзания.

Пластификаторы и добавки для бетона

Рекомендуется позаботиться о прокладке коммуникации в фундаменте или стяжке заранее, иначе потребуется бурение отверстий. Проделывание коммуникационных отверстий после застывания приведёт к необходимости в специальном инструменте и шлифовке бетонной поверхности. Процедура достаточно трудоёмкая и снижает прочность конструкции.

Подогрев бетона

Преимущественно для подогрева состава применяют особый кабель, который преобразует электрический ток в тепло. Методика обеспечивает наиболее естественный путь застывания. Важным фактором является необходимость следования инструкции по монтажу провода. Способ защищает от кристаллизации жидкости, также существуют инструменты (фен, сварочный аппарат) и теплоизоляция для защиты от замерзания.

Увеличение дозировки цемента

Повышение концентрации цемента применяется исключительно при небольшом уменьшении температуры. Увеличение дозировки важно выполнять в небольшом количестве, иначе качество и долговечность значительно снизятся.

Специальные добавки

Бетон сможет набрать прочность в разы быстрее, если использовать специальные добавки. Вспомогательные компоненты применяются в случае, когда время не позволяет ждать. Специальные добавки вносятся в раствор в процесс его приготовления. Таким образом, вещества как бы действуют изнутри, позволяют компонентам смеси схватываться быстрее.

В итоге действия специальных добавок бетон может затвердеть уже спустя неделю поле заливки. Правда, существует определенное условие для получения подобного результата. Процедура должна проводиться в летние месяцы, когда температура воздуха находится на высоких отметках. В случае холодного времени года рекомендуется использовать морозоустойчивые добавки. Они позволяют поддерживать в растворе положительную температуру и не дают перемерзнуть жидкости, находящейся в растворе.

Читайте также  Наборные заборы из бетона

Для холодного времени года используется также такой способ, как электропрогрев. При условии положительных температур бетон с помощью такого метода может застыть уже через 3 или 8 часов. Далее он самостоятельно наберет необходимую прочность. Требуемые показатели определяются в соответствии с составленным проектом строительства.

Стоит отметить, что значение прочности может различаться, что зависит от используемых материалов. К примеру, если сооружать здание из легких материалов, в наивысшей прочности фундамента отсутствует необходимость. В случае использования кирпича для возведения стен, прочностные характеристики бетона для основания повышаются. Необходимо помнить, что прочность является самым главным показателем для бетонной смеси.

Итак, процесс затвердевания происходит в первые часы, когда соединяются цемент и вода. Время высыхания бетона тесно связано с различными факторами. К таковым можно отнести влажность, температуру, состав раствора. При точном соблюдении всех условий, необходимых для набора прочности смеси бетонная конструкция получится надежной. В идеале стоит выждать 28 дней, после чего продолжить строительство.

Рекомендации по ускорению процесса

Соблюсти необходимые условия для заливки не всегда возможно: в жаркую и холодную погоду температура отклоняется от оптимальной не менее чем на 15-20°С, а влажность может составлять ниже 60%.

При заливке фундамента строители прибегают к мерам защиты бетона на этапе смешивания, но редко дополнительно подогревают готовую конструкцию. Это обусловлено тем, что основа здания должна пройти этапы усадки и стабилизации грунта. В этом случае возникшие дефекты не скажутся на прочности дома, а будут устранены с помощью дополнительного слоя бетона.

Какие факторы влияют на застывание

Прежде всего, бетоны разных марок сохнут с разной скоростью: чем выше марка, тем быстрее схватывается. М200, например сохнет от 2 до 2,5 часов. Время застывания бетона М300 поменьше, всего 1,5-2 часа. Бетонная смесь марки М400 может высохнуть за 1-2 часа.

То же самое касается и полного отвердевания. Для сравнения: расчётную прочность М200 набирает за 14-28 дней, а М400 сохнет уже за 7-14 дней.

Более прочные бетоны все равно лучше выдерживать не меньше месяца перед тем, как давать полную нагрузку.

То, как протекает застывание каждой из марок, зависит ещё и от погодных условий – температуры и влажности.

Дело в том, что цифры, которые мы назвали ранее – относительны. Раствор сохнет 28 суток при +20℃. При +5℃ срок твердения бетона будет значительно дольше, а при нуле застывание и вовсе прекратится.

Чем теплее, тем быстрее идет гидратация, так что, по логике, в жару бетон засыхает быстрее. Это так, но стоит учесть, что при недостатке влажности процесс останавливается. Нормальный показатель 80-100%.

Когда нет возможности ждать 28 дней, для смеси используют особый, быстрозастывающий цемент. Он гораздо дороже из-за дорогого оборудования, на котором его делают. Отличается более мелким помолом, также минеральным составом. Схватывается за 45 минут максимум, тогда как у бетонов, в составе которых обычный цемент, это занимает от 2 часов.

Предприятия, производящие железобетонные изделия или выпускающие товарный бетон, пользуются упомянутыми добавками и получают ощутимые преимущества. Ведь добавки позволяют:

  • уменьшить потребление электричества и газа, поскольку сроки пропаривания ЖБИ сокращаются;
  • снизить трудозатраты на вибрирование;
  • увеличить скорость оборачивания опалубки (формоснастки);
  • сэкономить цемент;
  • улучшить эксплуатационные качества товарного бетона и ЖБИ.

Стадия схватывания бетона

Эта стадия занимает небольшой отрезок времени – несколько часов. Сколько именно будет проходить схватывание, зависит от температуры окружающей среды. Эталоном считается температура 20 градусов Цельсия – это так называемая расчетная температура. Она позволяет бетону/цементу схватиться через 2 ч после затворения раствора. Сам процесс схватывания занимает 1 ч. То есть примерно через 3 ч после затворения можно сказать, что бетон/цемент схватился. Но если температура равна 0 градусов, данная стадия занимает 15-20 ч. Да и начало схватывания при нулевой температуре приходится на 6-10-й час после затворения смеси. А вот при высоких температурах картина обратная – пропаривание ЖБИ в специальных камерах позволяет ускорить схватывание до 10-20 мин.

На этой стадии можно помешать бетону/цементу окончательно твердеть. Ведь раствор еще остается подвижным, и если его постоянно помешивать, процесс схватывания затягивается – действует механизм тиксотропии. Поэтому раствор доставляют в бетоносмесителе, осуществляющем непрерывное вращение смеси. Так сохраняются ее основные свойства, а будущая надежность и прочность бетона/цемента ничуть не уменьшается.

Однако чрезмерное затягивание времени вращения негативно сказывается на качественных характеристиках бетона/цемента. К сожалению, такие случаи бывают – когда форс-мажорные обстоятельства не позволяют вылить раствор в опалубку, и смесь приходится перемешивать в бетоносмесителях в течение 10-12 ч. Особенно неприемлемы подобные ситуации при жаркой погоде, ведь высокая температура воздуха способствует быстрому схватыванию бетона/цемента. Непрерывное вращение не дает смеси твердеть, однако в ней происходят необратимые изменения, отнюдь не улучшающие эксплуатационные характеристики.

Стадия твердения бетона

Как только стадия схватывания бетона/цемента закончена, наступает стадия твердения. Смесь лежит в опалубке, она схватилась и теперь твердеет. Поскольку в нормативах прописано время твердения 28 дней, многие считают, что это окончательный срок. На самом деле процесс твердения и набора прочности товарного бетона или ЖБИ идет годами. 28 суток – это регламентированный срок, позволяющий использовать бетонные изделия с некоторой гарантией. За эти четыре недели прочность бетона/цемента нарастает весьма динамично, а далее увеличение твердости происходит малыми темпами. Так получается благодаря входящим в состав смеси компонентам, обеспечивающим ее гидратацию.

Компоненты бетона

При затворении цементного/бетонного раствора его основные компоненты вступают в реакцию с водой. На стадиях схватывания и твердения их поведение значительно различается. Одни ингредиенты сразу же при затворении вступают в реакцию с жидкостью, другие – спустя время, третьи не проявляют активности вовсе. Вот компоненты бетонной/цементной смеси:

  • трёхкальциевый силикат – C3S;
  • двухкальциевый силикат – C2S;
  • трёхкальциевый алюминат – C3A;
  • четырёхкальциевый алюмоферрит – C4AF.

Роль трёхкальциевого силиката

Минерал C3S (формула 3СаО х SiO2) способствует нарастанию прочности бетона/цемента не только в течение 28 дней, но и гораздо дольше. Хотя, конечно, наиболее значимый вклад в дело прочности С3S делает в первый месяц существования бетонной или железобетонной конструкции. Трёхкальциевый силикат выделяет тепло, когда в смесь добавляют воду, затем нагревание прекращается на непродолжительное время и возобновляется с началом стадии схватывания. Вся эта стадия идет с выделением тепла, а в процессе твердения температура постепенно снижается. Именно трёхкальциевый силикат играет главную роль в приобретении стройматериалом прочности несмотря на то, что в первые сутки после затворения смеси в ней более активно действует другой компонент – С3А.

Трёхкальциевый алюминат – самый быстрый компонент

С3А (формула 3СаО х Аl2O3) усилено работает с самого начала стадии схватывания. В первые дни жизни бетонной/цементной конструкции он способствует стремительному нарастанию прочности – его скорость реакции в период схватывания огромна. А вот в стадии твердения и дальнейшем наборе прочности он практически не участвует.

Читайте также  Перевод марки бетона в класс

Двухкальциевый силикат – помощник на стадии твердения

C2S (формула 2CaO x SiО2) в течение первых четырех недель бездействует. Стадия схватывания и первичный период твердения цемента происходят без его участия. К концу первого месяца активность его «родственника» – трёхкальциевого силиката – угасает. И двухкальциевый силикат вступает в активную фазу. Его благотворное воздействие на прочность бетона/цемента длится годами, способствуя нарастанию этого качества. Кстати, период «спячки» C2S можно значительно сократить, если использовать специальные добавки в бетонную/цементную смесь.

Инертность четырёхкальциевого алюмоферрита

C4AF (формула 4CaO x Al2O3 x Fe2O3) – минерал, практически не играющий роли в наборе прочности и твердении бетона/цемента. Только на самых поздних сроках твердения он оказывает влияние на увеличение прочности конструкции. Однако воздействие это незначительно.

Все эти компоненты вступают в химическую реакцию с водой при затворении. Данная реакция способствует увеличению, сцеплению и осаждению кристаллов минералов, так что гидратация бетона/цемента – это кристаллизация смеси.

Усовершенствование качеств бетона

Многочисленные лаборатории и институты подробно изучают процесс гидратации в целом и отдельные его этапы. Благодаря этому производители могут влиять на многие показатели:

  • начало и конец схватывания смеси;
  • ее подвижность;
  • морозостойкость;
  • водонепроницаемость;
  • стойкость к коррозии;
  • прочность и т.д.

Основная роль в оказании такого влияния принадлежит специальным добавкам в бетон/цемент. А современное оборудование, осуществляющее точное дозирование и тщательное перемешивание, помогает достичь отличных результатов по однородности состава бетона/цемента.

Рекомендации

  1. Передвигаться по свежезабетонированным поверхностям и конструкциям недопустимо. Движение, установка опалубки и лесов возможна только по достижении бетоном прочности 1,5 Мпа.
  2. Автотранспорт и бетоноукладочные машины на бетонированные поверхности допускаются, когда бетон достигает прочности, указанной в проекте строительных работ.
  3. Перед выполнением строительно-производственных работ лаборатория в обязательном порядке должна утвердить необходимые мероприятия, связанные с защитой и уходом за бетоном, порядок проведения необходимых работ, сроки их проведения и график твердения бетона.
  4. В проекте выполняемых работ и в проекте самого сооружения должны регламентироваться условия твердения бетона, например, влажность и температура от начала укладки материала в конструкции до замоноличивания швов между блоками.

Совет: для пенобетона, газобетона и подобных материалов есть специальный ГОСТ 31360 2007 на ячеистые бетоны автоклавного твердения, в котором регламентированы все процессы.