Зависимость времени набора прочности от марки бетонной смеси

Схватывание и твердение растворов на основе цемента обусловлено его химическим взаимодействием с водой. Силикаты, алюминаты и алюмоферриты, которые входят в состав портландцемента, обеспечивают повышение прочности на различных стадиях отверждения.

Скорость химических реакций зависит от наличия катализаторов (специальных добавок) и температуры.

Бетонные конструкции

Бетонные конструкции бывают разные, исходя из этого следует рассчитывать соотношение компонентов раствора и предполагать сроки схватывания и твердения.

Стадия схватывания

В состав цементного порошка входит трехкальциевый алюминат (3СаО*Al2O3), трехкальциевый силикат (алит, 3СаО*SiO2), двухкальциевый силикат (белит, 2CaO*SiO2) и алюмоферрит. Алит, который занимает большую часть массы портландцемента, участвует в обеих стадиях отверждения. При затворении водой и в начале стадии схватывания он выделяет тепло, которое увеличивает скорость реакции.

Однако более активным компонентом цемента на этапе схватывания является трехкальциевый алюминат. В течение 24 часов после смешивания он интенсивно реагирует с водой, формируя первичные связи в бетоне. После окончания схватывания алюминат полностью утрачивает влияние на прочность цемента.

марки бетона

Итоговая прочность бетона в зависимости от марки, времени затвердевания и температуры воздуха.

Стадия схватывания проходит в первые часы после заливки опалубки. Скорость начала реакции и длительность процесса зависят от состава смеси и температуры воздуха. При нормальных температурах ( 18… 22°С) бетон схватывается через 2,5-3 часа. Из них 1,5-2 часа проходит до начала реакции, а 1 час уходит непосредственно на схватывание.

При снижении температуры начало реакции может отодвинуться на 4-8 часов, а ее продолжительность — увеличиться до 15-20 часов.

В горячей среде схватывание происходит активнее и начинается более быстро. Весь процесс может занять менее 1-2 часов, из которых реакция — 15-20 минут.

Стадия твердения

добавки для бетонного раствора

Стадия формирования бетонного камня начинается по завершении схватывания. Твердение материала происходит за счет удаления свободной воды. Часть жидкости испаряется во внешнюю среду, а другая — связывается с молекулами силикатов и алюминатов, образуя стойкие комплексы. Чтобы не нарушить баланса между связываемой и испаряющейся водой, нужно обеспечить оптимальную влажность и температуру среды.

Повышение прочности бетона на сжатие коррелирует с увеличением вязкости смеси. Это означает, что с увеличением марки материала время схватывания и твердения сокращается.

Продолжительность реакций для бетона разных марок

Марка материала Время схватывания, часов Время твердения, суток
М100 3-3,5 До 30
М200 2-2,5 14-25
М300 1,5-2 7-14
М400 1-2 4-7
М500 {amp}lt;1 2-4

Продолжительность набора прочности зависит от состава смеси, влажности, температуры внешней среды и материала.

Марка и назначение раствора определяют и критическую прочность бетонного камня. Это значение, по достижении которого конструкция продолжит твердеть после замерзания без потери эксплуатационных свойств. Данный показатель зависит от марки следующим образом:

  • для бетона М100 и М150 он соответствует 50%;
  • для М200, М250, М300 и М350 — 40%;
  • для М400, М450 и М500 — 30%;
  • для нагруженных конструкций (вне зависимости от марки) — 70%.

Если в момент замерзания образец имеет соответствующий уровень прочности на сжатие, то температурные перепады незначительно повлияют на его прочность. При замерзании на ранних стадиях твердения без применения противоморозных добавок прочность готовой конструкции падает не менее чем на 50%. Например, для марки М200 критической точкой прочности является 80 кгс/см² или 8 МПа.

Наиболее часто для фундаментов и нагруженных конструкций используются марки бетона от М300. Снятие опалубки со стандартных конструкций допускается через 4-5 дней при наличии щелей между щитами формы и бетоном. Для перекрытий и лестниц длиной не более 6 м время выдержки продлевается до 14 дней, для длинных лестниц — до 28 дней. Мосты, дамбы и другие ответственные и тяжело нагруженные конструкции выдерживаются в форме до 90 дней.

Предлагаем ознакомиться:  Устройство накопительного бака для воды

Зависимость времени набора прочности от марки бетонной смеси

Стадия твердения

Стандартное время застывания бетона составляет 28-30 дней. Нормальные условия для отверждения — температура 15… 22°С и влажность 60-100%. Длительность отверждения зависит от условий процесса, марки бетона и наличия дополнительных добавок в растворе.

прочность бетона

Корреляция прочности бетона с временем выдерживания и температурой среды.

Температура окружающей среды определяет скорость реакций, которые формируют бетонный камень. Повышенная температура воздуха смещает баланс в сторону испарения жидкости, а пониженная — тормозит процессы гидратации в растворе.

В сухом и горячем воздухе испарение воды происходит быстрее, а оставшейся жидкости может не хватить для полноценной гидратации. В результате снижается надежность конструкции, а ее прочность на сжатие в верхних и центральных слоях существенно различается.

Для профилактики неравномерности и быстрого высыхания в бетон добавляются замедляющие добавки, а готовая конструкция смачивается в процессе застывания.

Горячая вода для бетона

Высокая температура и влажность применяются при производстве стандартных бетонных изделий в автоклавах. Такие условия обеспечивают быстрое схватывание и максимальное твердение конструкций.

В прохладное время

При низких температурах раствор долго схватывается, а затем в течение длительного времени остается хрупким по сравнению с марочной прочностью. Химические реакции происходят до температуры фазовых превращений воды.

Когда температура среды опускается ниже 0°С, вода замерзает, а гидратация в растворе — прекращается. При прогреве воздуха процесс отверждения возобновляется, но прочность конструкции после перерыва может снизиться.

Набор прочности бетона при различных температурах

Срок застывания, суток Доля от 28-суточной прочности, достигнутой при оптимальных условиях твердения
При -3°С При 0°С При 5°С При 10°С При 20°С При 30°С
1 3 5 9 12 23 35
2 6 12 19 25 40 55
3 8 18 27 37 50 65
5 12 28 38 50 65 80
7 15 35 48 58 75 90
14 20 50 62 72 90 100
28 25 65 77 85 100

В таблице рассмотрен набор прочности материала марок М200 и М300.

Низкая температура ингредиентов отрицательно влияет на эксплуатационные характеристики бетонного камня. Если для смешивания используется холодная вода и наполнитель, то последующий уход за конструкцией не сможет обеспечить марочную прочность.

набор прочности бетона

Учитывайте, как может измениться температура окружающей среды пока бетон будет затвердевать.

Для сокращения времени схватывания и расходов на подогрев бетона в опалубке компоненты разогреваются до предельно допустимого уровня. Максимальное значение определяется составом и маркой портландцемента. При нагреве выше этой температуры готовая смесь будет реагировать менее интенсивно, что скажется на прочности конструкции.

Предельная температура компонентов бетонного раствора

Вид цемента Максимальная температура воды для затворения, °С Предельная температура наполнителя, °С Максимальная температура бетонного раствора после вымешивания, °С
Глиноземистый 40 20 25
Портландцемент марки М400 и выше

Пуццолановый цемент марки М300 и выше

60 40 35
Портландцемент марок М300 и М350

Цемент с пуццоланой М200

80 50 40
Шлакопортландцемент М200 и М300 90 60 45
  1. Холодный бетон – это бетон, который затвердевает при низких температурах, благодаря использованию в бетонной смеси добавок, которые называются противоморозными. Действие этих добавок заключается в обеспечении химических процессов, предотвращающих замерзание смеси и воды во все время затвердевания бетона. Уход за уложенным бетоном упрощается – проводить операций по прогреву бетона не потребуется. Достаточно только защитить поверхностно выделяющуюся влагу от замораживания путем укрытия бетонной смеси в опалубке теплоизоляционными материалами (рекомендуется использовать специальные минеральные маты и пленки).
  2. Теплый бетон – это раствор с противоморозными добавками, основная задача которого – возможность произвести доставку и укладку бетонной смеси в условиях низких и отрицательных температур. Это достигается вводом добавок (активных химических веществ), которые обеспечивают самонагрев бетона. После выполнения работ по укладке бетона в опалубку, свежеуложенная смесь требует дополнительного прогрева для создания условий достижения прочности, которая обеспечит проектную (заданную конечную) прочность.
Предлагаем ознакомиться:  Крючок для вязки проволоки арматуры

Основные методы производства бетонных работ при пониженных температурах, сопряженные с риском замерзания воды в бетонной смеси.

  1. Метод «термоса»

    Разработан в СССР в период индустриализации, когда в 30-х годах прошлого века возводились т.н. «гиганты индустрии», когда бетонные работы производились в огромных объемах. Технология производства работ заключается в нагреве бетонной смеси электродами до температуры 25С-45С. Если при доставке бетонной смеси с бетонного завода или узла температура ее будет выше, бетон начинает схватываться и укладывать его будет невозможно. Подогретую смесь заливают в формы или опалубку и защищают от замораживания путем укрытия бетонной смеси в опалубке теплоизоляционными материалами (рекомендуется использовать специальные минеральные маты и пленки).
    Технология: Затвердевание бетона происходит за счет температуры разогретого бетона и тепла, которое выделяется за счет химических реакций гидратации цемента и полимеризации бетона.
    Температура воздуха при производстве работ по этому методу должна быть от 5С до 0С, при более низких температурах этот метод не эффективен.

  2. Использование противоморозных добавок (ПМД) при замешивании раствора

    Добавка CEMMIX CemFrio – при замесе равномерно распределяется в массе раствора и позволяет за счет прохождения при замешивании бетонной смеси химических реакций понизить температуру замерзания жидкости, и повышает скорость затвердевания бетона в условиях низких температур. Количество воды для замеса уменьшается, это в итоге повышает многие характеристики бетона (прочность, морозостойкость).

  3. Метод искусственного электрообогрева

    Состоит в повышении температуры уложенной бетонной смеси до необходимой, и обеспечения этой температуры некоторое время, пока бетонная смесь на наберет требуемую прочность.

    Таких методов существует несколько:

    • Электродный прогрев

      Электроды в виде стержней или полос устанавливают в теле бетона (иногда на его поверхности), кабели подключают к специальным трансформаторам. Подаваемое электричество создает между электродами и бетоном силовые поля, которые обогревают всю массу бетона, потерь тепла в окружающую среду не происходит.
      Необходимую температуру прогрева задают при помощи регуляторов на трансформаторах.
      Твердые и сухие вещества, составляющие бетонную смесь, имеют большое электрическое сопротивление, водя является проводником электричества, ток проходит через влажную смесь и ее разогревает/

    • Обогрев греющими проводами

      Греющий провод прокладывают внутри опалубки при бетонировании, принцип работы такой же, как при электродном прогреве. Отличие в том, что провод не удаляется из конструкции, а остается там навсегда.

    • Нагрев в электромагнитном поле

      Метод построен на принципе магнитной индукции. Опалубку с уложенным бетоном окружают специальными электрическими кабелями, получается электромагнитная катушка. Эта схема работает от переменного тока и разогревает свежеуложенный бетон изнутри.

    • Инфракрасный обогрев

      Выполняется при помощи переносных промышленных обогревателей инфракрасного излучения.
      Разогрев бетона происходит с высокой скоростью, поэтому требуется постоянный контроль за температурой бетона. Для этого на обогревателях установлены регуляторы напряжения, нахождение рядом дежурного оператора обязательно.

Название метода

Затраты труда (чел. час)

Расход электроэнергии (кВт × ч)

Метод «термоса»

0,9

54

Использование противоморозных добавок

0,13

Электродный прогрев

3,03

76,5

Электрообогрев нагревательными проводами

4,07

76

Индукционный прогрев

22,5

263

Инфракрасный обогрев

5,25

228,2

По экономическим показателям, использование при зимнем бетонировании противоморозных добавок является наиболее выгодным.

Если Вы хотите узнать о применимости противоморозных добавок на Вашем объекте или подобрать оптимальный способ проведения бетонных работ в зимнее время – обращайтесь за консультациями на нашу “горячую линию”!

Специальные добавки

Стремительное или слишком медленное схватывание и твердение смеси снижает прочность бетона. Медленное застывание дополнительно увеличивает расходы на уход за конструкцией. Для коррекции скорости отверждения применяются добавки, которые регулируют кинетику процесса.

Существует два типа добавок, регулирующих процесс твердения раствора:

  1. Ускоряющие. Реагенты этого типа сокращают время до начала схватывания на 30-40%, ускоряют затвердевание и улучшают прочностные свойства материала. Они добавляются в смесь при промышленной штамповке бетонных изделий, заливке фундаментов, перекрытий и иных строительных конструкций при пониженных температурах. Наиболее дешевые ускоряющие добавки — это хлористый кальций и поташ (углекислый калий). В перечень востребованных строительных составов для ускорения отверждения входят: Релаксор, Аддимент В3, Форт-УП2, Поззолит-100, Конкрит-Ф и др.
  2. Замедляющие. Пластификаторы и замедлители схватывания положительно влияют на удобоукладываемость и подвижность раствора. Они применяются при доставке бетона в передвижных смесителях, задержках в строительстве и заливке конструкций при температуре выше 25… 30°С. Пластифицирующие свойства замедлителей позволяют отказаться от виброуплотнения при укладке бетона с малой подвижностью. Наиболее распространенными замедляющими добавками являются НТФ-кислота, цитрат и глюконат натрия, Линамикс, SikaPlast 520 N, Frem Linas 200 и др.

При заливке в условиях низких температур используются противоморозные реагенты. Они понижают температуру замерзания воды, препятствуя ее фазовым переходам при 0… 4°С.

Основные типы растворов для бетонирования в зимний период

Во время схватывания бетонный раствор сохраняет свою пластичность. При движении в стационарной или подвижной бетономешалке смесь проявляет свойство тиксотропии — уменьшения вязкости состава при постоянной динамической нагрузке.

пластификаторы для бетона

Характеристики действия пластификаторов на примере одного из наиболее популярных.

Слишком длительное перемешивание приводит к «перевариванию» бетона и снижению конструктивной прочности готовой конструкции. Чтобы сохранить подвижность раствора и избежать негативных эффектов, в смесь добавляются пластификаторы. Они удлиняют периоды схватывания и застывания.

Снизить вязкость смеси на стадии затвердевания нельзя. Механическое воздействие на застывающий бетонный камень приводит к формированию дефектов и растрескиванию конструкции. До достижения минимально допустимого уровня прочности застывающий бетон следует предохранять от ударов, вибрации и др.

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%.

Чтобы избежать пагубного влияния низкой влажности, высоких и низких температур, бетонщики прибегают к специальным методам ухода. К ним относится обработка горячим влажным паром, применение теплых опалубок, закладка электродов и греющих проводов в тело бетонного изделия и др.

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.