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.

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:

  1. схватывание;
  2. твердение.

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:

  1. набор критической прочности;
  2. набор распалубочной прочности.

График набора прочности

Наглядное представление о том, сколько сохнет бетон, дают графики набора прочности бетона. В зависимости от температуры воздуха и марки и бетона определяется время застывания и достижения бетоном безопасной и требуемой прочности. Построенные графики твердения позволяют сделать вывод о неравномерности процесса высыхания бетонной смеси. Так, в первые пять дней жизни раствора происходит самый быстрый набор прочности, этот период называют «выдерживанием» бетона. Прочность бетона на 7 сутки составляет 60-70 % от его марочной прочности, а к 100 % этот показатель приближается на 28-е сутки после приготовления раствора.

Срок набора прочности бетоном напрямую зависит от его класса, чем выше качество цемента в составе, тем выше марка бетона. Для низкомарочных бетонов большее значение имеет процент критической прочности. Данная закономерность отражена в следующей таблице:

Марка бетона по прочности на сжатие

Порог критической прочности в % от марочной

От чего зависит набор прочности?

Факторы, которые управляют набором прочностных свойств камня, включают: сколько времени прошло после заливки, температурно-влажностный режим выдерживания, качество (активность) и марку цемента, соотношение воды и цемента в растворе, пропорции компонентов в смеси, способ уплотнения, технологию перемешивания, способ и скорость укладки, качество и регулярность увлажнения, наличие пластификаторов (добавок-ускорителей твердения) в смеси зимой и пр. Поднятие марки бетона зависит от увеличения доли и более высокой марки цемента в смеси, пропорций компонентов. Марка прямо влияет на набор прочности бетона. Для низких марок критическая прочность имеет большее значение. Таблица 2 отражает данную закономерность.

Поэтому прочностью фундамента из бетона высокой марки определяется надежность, долговечность конструкции здания. Камень в холодную погоду приобретает прочность благодаря собственному тепловыделению, но для нормализации графика формирования камня целесообразно применять соответствующие добавки, ускоряющие твердение и снижающие температуру остановки гидратации. С ними смесь набирает марочную прочность уже через 14 суток. Удачным решением также станет изменение составляющих в бетоне. К примеру, глиноземистый цемент набирает прочностные показатели даже в морозы, так как выделяет примерно в 7 раз больше собственного тепла по сравнению портландцементом.

В наборе этого свойства существенную роль играют форма и фракция зерен натуральных наполнителей. Их неправильная форма и повышенная шероховатость обеспечивают лучшие условия сцепления и качество бетона. Известно, что увеличение доли воды в бетонной смеси способно привести к расслоению массы материала. Следствием этого также становится то, что при относительном увеличении доли воды в растворе на 60% от оптимального значения (в/ц = 0,4) происходит недобор прочности на 50% от марочной. Однако при соотношении вода/цемент 1/4 период отвердения (упрочнения) сокращается в два раза.

Чтобы ускорить процесс и минимизировать выдержку бетона, целесообразно применять пескобетоны с низким соотношением вода/цемент. Неуплотненный бетонный раствор имеет шансы вызреть только до 50% от нормативной прочности даже при оптимальном соотношении вода/цемент. Вместе с тем ручное уплотнение способно повысить его прочность на 30 – 40%, а вибротрамбовка повышает прочность до нормативных 95 – 100%.

Методы ускорения твердения бетона

Существует несколько наиболее часто используемых методов ускорения набора прочности бетона:

  1. Термовлажностная обработка или ТВО. Термовлажностную обработку проводят в пропарочных камерах ямного типа, глубина которых составляет 2 метра. В камере необходимо обеспечить атмосферу насыщенного водяного пара и поддерживать температуру 90-100 °С. Процесс обработки бетона в камере продолжается в течение 12-15 часов.

Режимы термовлажностной обработки:

  • выдержка (2-3 часа);
  • подъём температуры со скоростью 25-30 °С/ч;
  • изотермический прогрев (t=80-90 °С), продолжительность: 6-8 часов;
  • снижение температуры со скоростью 30-40 °С/ч.

После того, как бетон прошел ТВО, он приобретает 70-100% прочность бетона 28-суточного твердения.

  1. Электропрогрев. Этот метод осуществляется при помощи переменного электрического тока, основан он на преобразовании электрической энергии в тепловую. Температура бетона повышается, из-за этого ускоряется процесс набора прочности. Существуют два способа электропрогрева:
  • внутренний прогрев, который происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через бетон;
  • обогрев изделия внешними источниками. Это могут быть инфракрасные излучатели, или контактные электронагреватели.

Важно! Изделия должны быть закрыты пароизоляционной пленкой. Это поможет избежать испарения воды.

  1. Контактный прогрев. Бетонное изделие помещают в обогреваемую опалубку или форму. Изделие покрывают пленкой, чтобы не допустить испарения.
  2. Введение добавок, которые ускоряют процесс набора прочности. Ускорители твердения оказывают большое влияние на скорость набора прочности бетона на протяжении первых суток затвердевания бетона, со временем их воздействие ослабевает. К 28-суточному состоянию прочность бетона с добавками и без них становится одинаковой, что наглядно прослеживается по графику набора прочности бетона:
Читайте также  Бетон с мраморной крошкой

Критическая прочность

Под этим термином подразумевают твердость смеси, которая соответствует определенному классу или марке бетона. Так, М15—М150 имеют критическую прочность 50%, М300—М400 только 40%, а М400—М500—30%. Но эта характеристика появляется только после 28 суток. При этом должны соблюдаться все температурные условия, а также поддерживаться влажность, необходимая для полного затвердевания материала. Но стоит помнить, что в перспективе плотность набирается до нескольких лет. В возрасте 3-х месяцев стойкость в фундаменте повышается на 20%. Если здание будет стоять 3 года, то твердость может повыситься в 2 раза.

Как контролировать набор прочности бетона?

Первые 5-7 суток проводятся специальные мероприятия по обеспечению оптимальных условий для выдержки бетона:

  • электрообогрев;
  • увлажнение;
  • обогрев тепловыми пушками;
  • укрывание влагозащитными и теплоизолирующими материалами.

Действия выбираются в зависимости от среднесуточной температуры и прочих погодных условий. После того, как бетон набирает прочность 75%, его можно нагружать. Хотя специалисты рекомендуют начинать это только через четыре недели после заливки.

Контроль за набором прочности

В первую неделю бетон обогревают, увлажняют, проводят тепло- и гидроизоляцию. Особенно важно правильно увлажнять раствор. При температуре воздуха от 25 до 30 градусов бетон нагружают уже спустя неделю после заливки.

Чтобы узнать, как эффективно бетонное изделие будет справляться с нагрузками, используют специальные приборы. Благодаря им можно определить прочность. Устройством для ее определения рассчитывают предельные нагрузки, допустимые для бетонного изделия или кирпича. Чтобы определить показатель, пользуются двумя методами:

  • Разрушающий способ. Часть готового материала в форме кубика раздавливают под прессом.
  • Неразрушающий метод. При его использовании параметры бетона измеряют без разрушительных воздействий.

Большей популярностью отличается второй способ. Для этой цели используют устройства упругого отскока, приборы с ультразвуковой технологией или ударного отскока.

При помощи портативных измерителей можно точно определить нужный параметр, не затрачивая много времени. Существуют разные механизмы, которые отличаются принципом работы. Приборы отличаются функционалом:

  • Электронные. Точны, могут фиксировать 5 тыс. измерений единовременно. Электронные измерители отличаются принципом воздействия на измеряемый материал.
  • Склерометры. Эти приборы определяют импульс и величину удара бойка. Склерометр применяют при нехватке данных о прочности материала. Измерения проводятся в условиях, которые неблагоприятны для других устройств. В процессе измерений учитывают вид наполнителя, условия отвердения и давность изготовления изделия.
  • Механические. Такие методы используют при определении прочности бетона различных классов. Предельные показатели устройств, которые используются по этому методу, равны 5-100 Мпа. Замеры проводят по показаниям энергии удара, величины отскока бойка, размеров следа от бойка.
  • Ультразвуковые. Ими определяют прочность бетонных конструкций при затвердевании, а также передаточную и отпускную. Измерения осуществляют по скорости распространения звуковых волн по поверхности бетонной конструкции. Датчики располагают с двух сторон от изделия или с одной. Ультразвук распространяется со скоростью 4500 м/с.

При помощи таких устройств легко узнать прочность материала.

Твердение бетона в перспективе

График набора прочности бетона (СНиП 52-01-2003) не ограничивается месяцем. Для завершения процесса набора прочности может потребоваться несколько лет. Но определить марку бетона можно через 4 недели. Прочность конструкция будет набирать с разной скоростью. Наиболее интенсивно этот процесс протекает в первую неделю. Через 3 месяца прочность увеличится на 20%, после процесс замедляется, но не прекращается. Показатель может увеличиться в два раза через три года, на этот процесс будут влиять:

  • время;
  • влажность;
  • температура;
  • марка бетона.

Довольно часто начинающие строители задаются вопросом о том, в каком ГОСТе график набора прочности бетона можно отыскать. Если вы заглянете в ГОСТ 18105-2010, то более подробно сможете узнать об этом. В этих документах упомянуто, что температура напрямую влияет на длительность процесса. Например, при 40 °С марочное значение достигается уже через неделю. Поэтому зимой работы осуществлять не рекомендуется. Ведь подогревать бетон своими силами проблематично, для этого нужно использовать специальное оборудование и предварительно ознакомиться с технологией. А вот нагревать смесь больше, чем на 90 °С и вовсе недопустимо.