Как увеличить прочность бетона при твердении

Правильно приготовить бетонную смесь это только половина успеха. Здесь вы узнаете, как после заливки превратить бетон в камень и не испортить результат.

Время твердения бетона без добавок

При затворении бетонной смеси сухие компоненты начинают энергично взаимодействовать с водой. Силикаты, алюминаты и алюмоферриты в составе цемента в результате химической реакции образуют связи, способствующие твердению и набору прочности бетона на разных стадиях.

Начальное схватывание бетонной смеси длится около 2-х часов. Пока смесь находится в подвижном состоянии, эти связи рвутся. Поэтому бетон до стройплощадки доставляют в бетономешалке.

Процесс твердения бетона разделяют на две стадии.

Стадия схватывания

Самая высокая интенсивность химических реакций наблюдается первые 2 – 3 часа. Первый час материал подвижен. В это время можно разровнять поверхность, придать нужную форму, утрамбовать смесь.

В спокойном состоянии начинают образовываться химические связи, составляющие кристаллическую структуру бетона.

До набора минимально допустимого уровня прочности, бетон следует предохранять от вибрации и ударов.

Время схватывания бетона около суток. Постепенно пластичность теряется и наступает вторая стадия — твердение бетона.

Стадия отвердения

Вода вступает в стойкие химические соединения. Часть воды испаряется.

Максимальная скорость затвердевания наблюдается первые 5 – 6 суток. За это время материал наберет около 30% прочности. Именно в этот период важно соблюдать температурно—влажностный режим. Нормальные условия твердения бетона (температура воздуха +18…+22°С и влажность на поверхности бетона 80 — 100%) обеспечивают баланс между испаряющейся и связываемой водой.

На 7 — 10 день бетон набирает прочность 70% и можно снимать опалубку.

Прочность бетона, набранная на 28-й день, считается марочной и принимается равной 100%.

По прошествии стандартных 28 суток процессы, идущие внутри, переходят в вялотекущую форму и уже не оказывают значительное влияние на прочностные характеристики бетона.

Спустя 3 месяца после заливки прочность бетона будет превышать марочную на 20%.

Последующее созревание и набор прочностных характеристик длится около 2 – 3 лет и увеличение прочности может доходить до 250%.

Факторы, влияющие на твердение бетона

Через сколько времени застынет бетон, зависит от многих факторов: класс бетона, окружающая среда, применение специальных добавок. Идеальными условиями для набора прочности бетона считаются: температура +18…+22°С и влажность воздуха 100%.

Состав

Время твердения бетона зависит от количества цемента в нем. Количество и марка цемента в составе определяет класс бетона. Чем выше класс бетона, тем больше в нем цемента и тем быстрее он будет сохнуть.

Таблица. Набор прочности по суткам при разных температурах.

В таблице видно как температура влияет на сроки твердения бетона класса В32,5 и В42,5. Чем выше температура химической реакции, тем быстрее она идет.

Бетоны с содержанием пористых добавок (гравий, керамзит) твердеют дольше, так как задерживают воду в растворе.

Сезон

Температура – самый главный и влиятельный фактор твердения бетона.

Обычно бетонные работы проводят летом, когда легче всего поддерживать оптимальные условия для твердения и в это время минимальная стоимость работ. Изменение внешних факторов вызывает необходимость применения дополнительных мер, которые приводят к удорожанию работ.

При высоких температурах

Температура окружающей среды выше 25°С не благоприятно влияет на качество бетона.

На поверхности температура повышается еще больше по причине выделения тепла от происходящих внутренних реакций.

Вода очень быстро испаряется с поверхности, нарушается процесс гидратации.

Наблюдается недостаток воды в наружных слоях конструкции, химические соединения образуются неравномерно, остается неиспользованный цемент, образуются поры и снижается прочность бетона.

В прохладное время

При температуре ниже 18°С реакции замедляются, схватывание начинается позже, через 6 – 10 часов. Замедление схватывания может привести к образованию трещин.

Осенью или весной температура значительно снижается по ночам и важно не допустить замерзания бетона.

Можно обойтись без прогрева сохранив внутреннее тепло, выделяемое от химических реакций. Конструкцию укрывают, создавая термос, и она разогревается.

При отрицательных температурах

При минусовых температурах важное значение имеет показатель критическая прочность.

Если бетонная смесь замерзнет на стадии отвердения, не достигнув критической прочности, то при размораживании и дальнейшем твердении материал потеряет прочностные характеристики на 50% и больше.

Если замерзнет после достижения критической прочности, то после разморозки материал продолжит набор своей прочности.

Прочность бетона измеряется в процентах от марочной. Критическая прочность для разных классов бетона:

• В7,5 и В10 – 50%;
• В15 и В27,5 – 40%;
• В30 и В40 – 30%;
• Для массивных конструкций с большой нагрузкой для всех классов прочности – 70%.

Температура материала

Не всегда есть возможность для подогрева готовой бетонной конструкции. Тогда применяют методы защиты конструкции от негативного влияния на этапе замешивания бетонной смеси. Используют прием подогрева компонентов до начала замешивания.

При температуре ниже +10°С — подогревают воду, при температуре ниже 0°С — подогревают песок.

Подогрев компонентов перед замешиванием сокращает время схватывания и позволяет обойтись без подогрева бетона в опалубке. Существуют ограничения температуры нагрева компонентов.

При нагреве выше максимально допустимой температуры, реакции будут проходить менее интенсивно и это скажется на прочностных характеристиках бетонного камня.

Трамбовка

Применение трамбования позволяет удалить из толщи материала лишний воздух и уплотнить смесь. Это позволяет улучшить контакт вяжущего вещества с водой, ускорить прохождение реакций и получить равномерное схватывание всего материала. Для этой цели применяется различное виброоборудование (погружные вибраторы, виброплиты, вибростолы).

Опалубка

Бетон в опалубке твердеет немного раньше, так как его подвижность ограничена. Существует понятие распалубочная прочность, когда можно снять опалубку. Она составляет 70% от марочной и обычно достигается на 7 — 10 день после заливки. Эта цифра усредненная и для большей точности нужно учитывать все действующие факторы.

Ранее снятие опалубки снижает прочностные характеристики, а передержанние продлевает сроки строительства и стоимость работ.

При заливке неответственных конструкций (стяжка, отмостка, конструкции работающие на сжатие – фундамент) опалубку можно снимать на 3-й день при благоприятных условиях.

В летнее время можно уже на второй день заливки фундамента приступать к возведению стен, постепенно давая нагрузку. Опалубку можно будет снять после.

Как ухаживать за бетоном после заливки

При уходе важно обеспечить нужную скорость набора заданной прочности для образования максимально качественной структуры. Это достигается снижением влияния негативных факторов.

Защита от пересыхания

Без воды процесс гидратации прекращается и остановится набор прочности. Прочность конструкции на разных участках будет неоднородной, что приведет к образованию трещин.

Для защиты ее накрывают полиэтиленовой пленкой, рубероидом, брезентом. Можно использовать опилки или песок с регулярным их смачиванием.

Нельзя подвергать поверхность воздействию солнечных лучей.

Обеспечение равномерной температуры

В процессе химических реакций выделяется много тепла. При затвердевании массивных бетонных конструкций очень важно соблюдать одинаковый температурный режим по всему объему. При разнице температур внутри и снаружи материала (градиент 20 – 60°С) происходит разрыв структуры бетона с образованием трещин.

До достижения критической прочности рекомендуется проводить измерения температуры на поверхности в первый день каждые 1 – 2 часа, в последующие дни – каждые 8 часов. На массивных конструкциях через каждые 8 м при заливке вставляют трубочки, чтобы иметь возможность измерять температуру в толще бетона.

Выделяемое при химических реакциях тепло отводят, поливая холодной водой поверхность, периодически меняя воду, или при помощи системы труб – змеевиков.

Резкое снижение температуры недопустимо, оптимально 1 – 2°С/час или 13°С/сутки.

При резком похолодании, конструкцию укрывают теплоизоляционным материалом. В проектной документации должен указываться комплекс мероприятий для удаления излишнего тепла.

Защита от охлаждения

Защиту конструкции от низких температур в зимнее время проводят до достижения критической прочности различными способами.

Применяют нагрев бетона водяным паром, устройство тепляков с прогреваемым воздухом, утепление теплоизоляционным материалом, прогрев тэнами, электродами, инфракрасным излучением, применение противоморозных добавок. Возможно сочетать одновременно несколько способов.

Надо ли поливать бетон водой

Для поддержания влажности поверхность бетона поливают водой или накрывают полиэтиленовой пленкой. Поливать бетон водой есть смысл при высоких температурах выше +25C в летнее время. Полив холодной водой позволяет поддерживать одинаковую температуру внутренних и наружных слоев.

Сколько времени бетон застывает в воде

Твердение в воде – лучшие условия для набора прочности бетона.

Постоянное выдерживание в воде или под дождем, не снижает сроки твердения. Зато качество конструкции будет выше.

При твердении на воздухе невозможно обеспечить 100% влажность поверхности. При недостатке влаги образуются ячейки и поры. Застывший на воздухе бетон имеет меньшую прочность, больше дефектов и подвержен коррозии.

Нужно ли выстояться бетону

Нет никакого смысла выстаиваться фундаменту в зимнее время. На незагруженный фундамент действует только одна нагрузка – пучение грунта. Существует опасность выдавливания мелко заглубленных конструкций фундамента при замерзании почвы напитанной водой.

Избежать этого поможет водоотведение, утепленная отмостка или водоизолирующая мембрана.

Как узнать время схватывания бетона

Использование таблиц и графиков дает возможность определить приблизительное время схватывания бетона. Опираясь на среднесуточную температуру окружающей среды, при марке бетона М200 и М300 в таблице находим критическую прочность (40%), распалубочную прочность (70%) и марочную прочность (100%) бетона.

Можно воспользоваться графиком.

Можно рассчитать с помощью онлайн-калькулятора

Более точные значения определяются замерами.

Как измерить прочность бетона

Проверить прочность бетона можно разными способами:

1. При механическом способе одновременно с заливкой объекта необходимо залить заранее заготовленные формы для кубиков размером 10х10х10 см. Эти образцы нужно хранить в тех же условиях, что и основную конструкцию.Через определенные промежутки времени образцы следует отнести в лабораторию для испытания на прочность. По ним можно определить марочную прочность бетона в возрасте 28 суток и проверить на соответствие классу.
2. Для ультразвукового способа используют специальный прибор. Принцип его работы основан на том, что ультразвуковые волны быстрее перемещаются в более плотном и прочном бетоне. Метод не требует разрушения и расчетов, может применяться сразу же. Используется в основном при возведении крупных объектов. Способ менее точен.
3. Существует два простых самостоятельных способа определения прочности бетона. Достаточно для этого иметь только молоток весом 400 – 600 грамм. Глухой звук при ударе говорит о низкой прочности бетона, звонкий – о высокой. Можно и точнее определить прочность бетона. Тупой частью молотка со средней силой нужно ударить в разных местах конструкции и по глубине ямки определить прочность бетона:
   

   Класс (Марка) бетона	Глубина  скола, мм
   В5 (М75)	2
   В7,5 (М100)	1
   В12,5 (М150)	маленькая вмятина
   В15 (М200) и выше	отсутствие повреждений

4. Или с применением острого предмета (зубила), ударив по нему со средней силой под углом 180 градусов:
   

   Класс (Марка) бетона	Глубина  скола, мм
   В5 (М75) и ниже	зубило застряло в бетоне
   В7,5 (М100)	10
   В10 (М150)	5
   В15 (М200)	мелкие осколки
   В25 (М300) и выше	отсутствие повреждений

Способы регулирования скорости твердения бетона

Замедление твердения

• бетонирование в жаркую погоду;
• перевозка готового бетонного раствора с завода на дальние расстояния;
• задержка в автомобильных пробках;
• применение высокомарочных смесей с высокой концентрацией портландцемента;
• при заливке объекта частями, для сохранения одинаковых характеристик всей конструкции.

Перевозка в бетономешалке с перемешиванием имеет ограничение по времени, особенно в жаркую погоду.

Нельзя увеличивать объем воды для продления подвижности. Дополнительная вода снижает марочную прочность бетона и приводит к появлению трещин.

Специальные замедлители схватывания, которые отодвинут время схватывания не нарушая прочностных характеристик бетона: Линамикс, Полипласт Ретард, Сика Ретардер, НТФ – кислота, цитрат и глюконат натрия, SikaPlast 250 N, Frem Linas 200 и др.

Ускорение твердения

В каких случаях требуется ускорить твердение бетонного раствора:

• зимой при низких температурах;
• на заводе при изготовлении ЖБИ.

Ускорить твердение бетона можно несколькими способами:

Тепловая обработка.

Реакция ускоряется в 2-4 раза каждые 10°С в диапазоне температур от 0 до 100° С.

Применение на заводах тепловых камер с тепло-влажностной обработкой значительно увеличивают производительность.

При зимнем бетонировании смесь прогревают до 80°C с последующим прогревом паром или электрическим током и укрыванием теплоизоляционным материалом. Прогревание горячим паром не допустит пересыхания бетона.

Самостоятельно – подогреть воду и укутать конструкцию (создать тепляк) с сохранением влаги. Или закладка тэнов, электродов, и греющих проводов в тело бетонного изделия.

Применение добавок.

Применение специальных добавок способствует очень быстрому схватыванию бетона — всего несколько десятков минут. Обычно их используют при серийном производстве на заводах ЖБИ. Допустимо их вводить не более 2 – 3% от общей массы.

Это всевозможные соли – хлориды, сульфаты, нитраты калия, кальция, натрия и алюминия. Эти соли-электролиты повышают растворимость цементных минералов и реакция идет быстрее. Обеспечивают прирост прочности в первые сутки не менее 30%.Могут привести к коррозии бетона.

Хлориды и сульфаты приводят к коррозии арматуры и запрещены.

Формиат кальция и натрия применяются в Европе.

Есть еще соли азотной кислоты и поташ (углекислый калий). Наиболее востребованные строительные составы — Релаксор, Адимент В3, Форт — УП2, Поззолит – 100, Конкрит – Ф и др.

Добавки в цементном растворе могут выступать в виде высолов на кирпичной кладке. Эти же добавки являются противоморозными и их применяют зимой для посыпки улиц.

Применение бетонных смесей с низким водоцементным (В/Ц) соотношением.

Вода с цементом должны как можно быстрее перейти в насыщенное состояние. Чем воды меньше, тем насыщеннее раствор и твердение происходит быстрее.

Суперпластификаторы позволяют снизить В/Ц  (водоцементное соотношение) и тем самым ускоряют твердение бетона и повышают его прочность.

Стоят они недорого, например С – 3 дает редуцирующий эффект 10 – 15%, Glenium115 – 30% (процент указывает на сколько нужно уменьшить количество воды).

Использование микрокремнезема

Это побочный продукт некоторых металлургических производств. Он имеет значительно большую дисперсность по сравнению с песком и легко взаимодействует с известью при нормальных условиях. Это самая лучшая добавка для высокопрочных и высококачественных бетонов марки М700 и выше. Скорость набора прочности за первые 1-2 суток 50-80%.

Микрокремнезем поглощает большое количество воды и обязательно должен использоваться совместно с суперпластификаторами последнего поколения.

Использовать готовые быстротвердеющие цементы.

 Глиноземистый цемент ГЦ40 — скорость его твердения 100% на 3 сутки, набор прочности 22,5 МПа за 1-е сутки.

Сульфоалюминатные цементы – схватывание за несколько минут, затвердевание 100% всего за несколько часов, является спеццементом.

Такие цементы очень дорогие.

Новый свехпрочный бетон

Появление новых эффективных добавок дало возможность изготавливать сверхпрочный бетон более высоких классов, соответствующих ГОСТу 31914-2012.

Применение таких бетонов стало необходимостью в строительстве дорог, аэродромов, космодромов, военных объектов, в промышленном производстве, при экстренных и спасательных работах. В гражданском строительстве возможно применение для заливки полов, бетонной стяжки, кирпичной кладке.

В домашних условиях использовать сверхпрочный бетон нецелесообразно.

Такие бетоны прочнее, плотнее, долговечнее, обладают повышенной твердостью, теплопроводностью, водонепроницаемостью и морозостойкостью. Это достигается путем уменьшения количества воды менее 0,35, повышения содержания цемента до 600кг/м3, снижением количества песка и обязательное наличие пластификаторов (0,05 – 0,1%) и суперпластификаторов (0,2 – 0,4%).

Песок используется высокого качества мелкозернистый или микрокремнезем, отсевы горнодобывающей промышленности. Могут использоваться различные дополнительные наполнители – армирующие волокна (фибры — стальные, минеральные, органические), высокоалюминатные шлаки. Стоимость таких бетонов будет значительно выше.

Если после прочтения статьи у вас остались вопросы, вы можете оставить их в комментариях и наши эксперты на них ответят.