песка, бетона
и других нерудных материалов
(обед с 12:00 до 13:00)
Набор прочности бетона
Набором прочности бетона называют процесс застывания материала до 100 процентов твердости. Согласно нормативам ГОСТ, время набора полной прочности должно составлять 28 суток. Если температурные условия соответствуют нормативам, на 7 сутки твердость бетона достигает 70 процентов.
Застывание раствора — процесс, который отложен во времени. Даже по достижении 100 процентов набора через 28 дней, прочность бетонной конструкции продолжает изменяться. В благоприятных условиях бетон продолжает набирать прочность в течение года и может улучшить свои свойства в 1,5-2 раза.
ПРИМЕР: Бетон марки М-250, рассчитанный на максимальную нагрузку 262 кгс/см2, через год застывания при температуре в диапазоне от +5 до +250С во время замеров на прочность показывает, что его можно причислить к материалу класса В25, который способен выдерживать нагрузку 327 кг/см2.
Процесс твердения бетона
Застывание раствора — комплексная химическая реакция, в которой во время контакта минералов с водой запускается процесс гидратации. В результате присоединения молекул воды к клинкерным частицам образуется твердое монолитное вещество. Специалисты по изучению строительных материалов разделяют процесс достижения залитым раствором полной готовности к эксплуатации на два этапа — схватывание и твердение.
Схватывание
На этой стадии происходит трансформация раствора из полужидкого в твердое состояние.
- Для поддержания материала в нужной степени пластичности с момента смешивания цемента с водой до окончания заливки в подготовленные формы, бетон непрерывно перемешивают. Для этого используют специальные агрегаты — бетономешалки.
- После заливки раствор утрамбовывают внутри опалубки и прекращают механическое воздействие на него. Без перемешивания клинкерная смесь активно вступает в реакцию с водой и теряет свою подвижность.
Стандартные смеси схватываются за 24 часа. Потеря подвижности материала — главное отличие схватывания. После полной потери пластичности раствора на месте застывания начинается процесс твердения.
Твердение
Затвердевание бетона — главный и самый ответственный этап формирования ж/б конструкции. Во время реакции твердения происходит окончательное превращение сухого раствора, соединенного с водой, в монолитный материал, который похож по прочности на камень.
Набор прочности по суткам
Насколько планомерно и эффективно происходит твердение, показывает анализ состояния бетона, который проводят в первые пять суток с момента заливки. В целом достижение кондиции материала видно из следующей таблицы:
| Средняя t0C воздуха в окружающей среде | Сроки твердения по суткам | Процент прочности |
|---|---|---|
|
00C |
1 |
4% |
|
00C |
2 |
11% |
|
00C |
3 |
19% |
|
00C |
5 |
29% |
|
00C |
7 |
36% |
|
00C |
14 |
52% |
|
+100C |
1 |
12% |
|
+100C |
2 |
25% |
|
+100C |
3 |
36% |
|
+100C |
5 |
50% |
|
+100C |
7 |
58% |
|
+100C |
14 |
72% |
|
+200C |
1 |
23% |
|
+200C |
2 |
40% |
|
+200C |
3 |
50% |
|
+200C |
5 |
65% |
|
+200C |
7 |
75% |
|
+200C |
14 |
90% |
Процент прочности дан в соответствии с заводскими показателями — размер процентов вычисляется от 100% заявленной производителем прочности в пределах параметров 261 – 1310 кг/см2. То, через сколько дней залитый раствор приобретет указанные характеристики, зависит от пропорций смешивания воды и клинкерной смеси. Если к четырем частям сухой основы добавлено не две, а одна часть воды, процесс твердения будет проходить в 2 раза быстрее.
Таблица набора прочности бетона
Таблица усредненных показателей набора прочности бетонным раствором при различных температурах — сроки твердения бетона до 100%.
| Средняя температура воздуха в окружающей среде | Время твердения до 100 процентов набора прочности | Возраст бетона (время с момента заливки) |
|---|---|---|
|
00C |
114 дней |
24 часа |
|
+50C |
63 дня |
24 часа |
|
+100C |
31 день |
24 часа |
|
+150C |
29 дней |
24 часа |
|
+200C |
28 дней |
24 часа |
График набора прочности бетона
Твердение схватившегося бетонного раствора:
- показатель времени в сутках — нижняя горизонтальная ось;
- процент твердения раствора — вертикальная ось;
- температура воздуха в окружающей среде — верхняя горизонтальная ось;
- динамика набора прочности — кривые в общем поле.
Часть температурных режимов отображена на правой вертикальной оси, так как при температуре ниже 170С за 28 суток раствор не успевает застыть на 100%.
Условия твердения
Как и любая другая химическая реакция, схватывание и твердение бетона зависит от условий для набора прочности. В число естественных условий твердения специалисты по изготовлению бетонных конструкций включают температуру воздуха и относительную влажность воздуха, которая должна составлять не менее 80%, а в идеале — 90 – 93%.
Нормальные условия: указанная влажность и температура в районе 220С. В зимних условиях такая влажность может уменьшить скорость «вызревания» раствора и даже остановить процесс затвердевания вплоть до сезонного повышения температуры воздуха.
Естественное твердение бетона можно регулировать с помощью дополнительных действий:
-
Дозирование воды. Добавление в раствор воды в соотношении больше, чем 3 части воды на 5 частей клинкерной смеси, влияет на степень прочности и провоцирует появление пустот внутри застывшего массива.
-
Состав раствора. В клинкерную смесь входит цемент, песок, щебень/гравий. От пропорций, в которых эти элементы смешаны, зависит срок затвердевания раствора и качество бетона.
-
Время размешивания раствора. В процессе перемешивания вручную и в автоматических устройствах вода испаряется из клинкерной смеси. Если размешивание продолжать более 2 часов, прочность бетона снижается.
В различных условиях бетонный раствор ведет себя по-разному. Для точного расчета пропорций, сроков и выбора марки рекомендуется привлекать профессионалов.
Набор прочности в зависимости от температуры
Влияние температуры на скорость твердения — главный фактор, который необходимо учитывать при расчетах изготовления ж/б изделий и конструкций.
- В условиях повышенных температур скорость набора прочности увеличивается благодаря повышению скорости гидратации. Одновременно с этим при застывании бетона в условиях температуры выше +220С ускоряется испарение воды из раствора. Если нормы дозировки «смесь/вода» соблюдены, это помогает раствору схватиться и затвердеть быстрее. Когда воды в застывающем растворе не хватает, это влечет за собой появление трещин и пустот, наполненных воздухом.
- При отрицательных температурах вода в бетонной смеси замерзает и перестает вступать в процесс гидратации. Это останавливает набор прочности. Если температура твердения составляет 0 – 160С, динамическая вязкость воды увеличивается почти в 2 раза. Такое изменение характеристик снижает скорость затвердевания бетона.
- Оптимальная температура твердения составляет +18 – 220С. При нормальной температуре правильно замешанный и выдержанный раствор затвердевает за 28-30 суток и будет продолжать «созревать» еще в течение нескольких месяцев, улучшая первоначально заявленные характеристики.
Континентальный климат, распространенный в РФ, не всегда позволяет бетонщикам работать при нормальной температуре для набора прочности. Строительство и производство ж/б изделий в наших климатических условиях требует ускорять процесс твердения.
Как ускорить твердение бетона
Методы ускорения набора прочности бетона:
-
Использование особых марок цемента.
-
Подогрев застывающего раствора.
-
Применение добавок для ускорения затвердевания.
Для работ и производства в холодном климате принято отдавать предпочтение маркам цемента со спецдобавками и глиноземистому цементу. Такие виды быстро застывают благодаря наличию в их составе специальных добавок для твердения — калия и хлористого водорода. Цемент глиноземистого типа отличается высокой теплоотдачей во время «созревания» и поэтому набирает прочность с нормальной скоростью даже при температуре, близкой к 00С.
Подогрев залитого бетона осуществляется с помощью термоизоляции и специального оборудования — электродов, проводов ПСНВ, ИК приборов и систем парового прогрева. В качестве спецдобавок используют сульфат натрия, поташ, соду, хлористый кальций и железо.