Где применяется быстротвердеющий (быстросохнущий) цемент

Где применяется быстротвердеющий (быстросохнущий) цемент

Быстротвердеющий цемент – это бетонный раствор, в котором благодаря составу и особенностям производства происходит ускоренная гидратация, что значительно сокращает срок набора прочности и полного цикла затвердевания смеси. Такой цемент используют в строительстве высотных сооружений, монолитов, железобетонных конструкций, в ситуациях, когда нельзя или нецелесообразно ждать 28 суток набора прочности бетона.

Быстросохнущий цемент обладает главным преимуществом – сокращение сроков затвердевания, что существенно сокращает время выполнения работ, позволяет избежать простоя и продолжать строительство. Несмотря на данное достоинство, такой цемент вряд ли когда-либо вытеснит с рынка обычные смеси, так как производится на дорогом оборудовании (что соответственно сказывается на цене материала), из высококачественного сырья (этот фактор также повышает стоимость), предполагает определенные требования к технологии заливки.

Быстротвердеющий портландцемент предполагает преобладание алитовой фазы в минералогическом составе с ограниченным количеством С3А (максимум 8%). Интенсивное застывание даже в начальном этапе гарантирует уже по прошествии 2 суток набор прочности в диапазоне 15-25 МПа (почти половина показателя по марке).

ГОСТ 10178-62 устанавливает предел прочности на изгиб минимум 40 кгс/см3 – уже через 3 дня железобетонные конструкции достигают в обычных условиях данного показателя. Сегодня на рынке представлены два вида быстросхватывающегося бетона – М400 Д20Б и более прочный М500 Д20Б (используется чаще – в заливке фундамента, кладке стен).

Основные требования к бетону при зимних работах и способы производства работ

Бетон, укладываемый зимой, должен зимой же затвердеть и приобрести прочность, достаточную для распалубки, частичной загрузки или даже для полной загрузки сооружения.

При любых бетонных работах бетон следует предохранить от замерзания до приобретения им 50% проектной прочности

Даже при применении быстротвердеющих цементов (глиноземистого, высокопрочного портландцемента) срок твердения бетона в теплой среде должен быть не меньше 2 — 3 суток, а при обычных цементах — 5 — 7 суток.

Опыты показывают, что замерзание бетона в раннем возрасте влечет за собой значительное понижение его прочности после оттаивания. Это объясняется тем, что свежий бетон насыщен водой, которая при замерзании расширяется и разрывает связь между поверхностью заполнителей; и малозатвердевшим цементным камнем. Прочность бетона, тем ближе к нормальной, чем позже бетон был заморожен. Кроме того, из-за раннего замораживания значительно уменьшается сцепление бетона со стальной арматурой в железобетоне.

Для затвердевания бетона зимой необходимо обеспечить его твердение в теплой и влажной среде в течение срока, устанавливаемого в зависимости от заданной прочности. Этой цели достигают двумя способами:

1. использованием внутреннего тепла бетона;
2. дополнительной подачей бетону тепла извне, если внутреннего тепла недостаточно.

При первом способе необходимо применять высокопрочные и быстротвердеющие цементы, прежде всего портландцемент высоких марок и глиноземистый цемент. Кроме того, рекомендуется использовать ускоритель твердения цемента — хлористый кальций, уменьшать количество воды в бетонной смеси и уплотнять ее высокочастотными вибраторами. Все это дает возможность ускорить сроки твердения бетона при бетонировании сооружений и добиться того, чтобы бетон приобрел достаточную прочность в течение 3—5 дней вместо обычных 28.

Внутренний запас тепла в бетоне создают, подогревая материалы, составляющие бетонную смесь; кроме того, тепло выделяется при химической реакции, происходящей между цементом и водой (экзотермия цемента).
В зависимости от массивности конструкций и температуры наружного воздуха подогревают либо только воду для бетона, либо воду и заполнители (песок, гравий и щебень). Воду можно подогревать до 90°, заполнители — до 40°, цемент не подогревают. Требуется, чтобы бетонная смесь при выходе из бетономешалки имела температуру не выше 30°, так как при более высокой температуре она быстро густеет.

Загустевание, т. е. потеря подвижности бетонной смеси, затрудняет укладку, добавлять же воду нельзя, так как это понижает прочность бетона. Минимальная температура бетонной смеси при укладке в массивы должна быть не ниже +5°, а при укладке в тонкие конструкции — не ниже + 20°.

В процессе твердения бетона цемент выделяет значительное количество тепла, зависящее от состава и тонкости помола цемента, температуры бетона и срока твердения. Это тепло выделяется главным образом в первые 3—5 дней твердения. Чтобы сохранить тепло в бетоне на определенный срок, необходимо покрыть опалубку и все открытые части бетона хорошей изоляцией (соломит, шевелин, опилки, шлак и т. п.), толщина которой определяется теплотехническим расчетом.

Описанный выше способ зимнего бетонирования часто называют способом «термоса», так как подогретая бетонная смесь твердеет в условиях теплоизоляции. Применение Данного способа допустимо и рационально, если тепло сохраняется в бетоне по крайней мере 5—7 суток, необходимых для его первоначального твердения. Это возможно только при массивных или тщательно изолированных средних по толщине конструкциях.

У этих конструкций отношение охлаждающейся поверхности бетона к его объему (так называемый модуль поверхности F /V) должно быть не более 6.
Все конструкции более тонкие или со слабой теплоизоляцией, а также возводимые при очень сильных морозах, должны бетонироваться с подачей тепла извне. Существуют три разновидности этого способа, описанные ниже.

Состав (компоненты и пропорции)

Состоит быстротвердеющий цемент из:

• 60-65% известнякового клинкера;
• MgO – не более 5%;
• гипсового камня – не более 3,5%;
• гранулированных шлаков – не более 15%;
• и активных минеральных добавок – не более 10% для регулировки основных свойств и функций цемента.

Допускается замена минеральных добавок органическими (например: кренты, ферритные и сульфоферритные продукты, опаленные квасцовые камни и белая глина) в целях повышения прочности и ускорения твердения. Суммарная доля органических добавок – не более 5% на всю массу цемента.

Производство БТЦ

Быстротвердеющий цемент без добавок получается, когда подвергается на предприятии более тонкому измельчению. Чем мельче гранулы, тем большую площадь соприкосновения с реагентом они обеспечат, а поэтому увеличивается активность гидратации. Стоит сравнить удельную поверхность БТЦ и обычного цемента. У первого она колеблется в диапазоне 3,5-4 тысяч см 2 /г вещества, а у второго — 2,8-3 тысяч см 2 /г. Необходимо сказать, что существуют особобыстротвердеющие цементы, в которых активная площадь увеличена до 7-9 тысяч см 2 /г. Бетонные изделия из них, застывая в естественных условиях, готовы к снятию опалубки уже через 2-4 часа после заливки. В течение этого времени бетон достигает прочности 100 кг/см 2 , а на следующий день конструкция набирает 2/3 своей расчетной прочности.

Как уже писалось, такой способ производства БТЦ не дешев, поэтому для придания связующему веществу необходимых характеристик многие производители используют добавление в него различных минеральных добавок. Тем не менее быстротвердеющий бетон из БТЦ с добавками будет застывать не так быстро, как раствор, сделанный на основе цемента тонкого помола.

В любом случае ГОСТ 10178-62 регламентирует характеристики быстротвердеющего цемента.

Прочность вещества на третьи сутки после его затворения водой не должна быть ниже 40 кг/см 2 (затвердевание раствора должно проходить в нормальных условиях).

Набор прочности БТЦ

Быстротвердеющий портландцемент получил свое название из-за того, что по сравнению с обычным портландцементом, в первые 3-ое суток твердения первый набирает свою прочность более интенсивно. Такое быстрое твердение возможно только при наличии в цементном составе малых фракций зерен клинкера размером до 20 мкм.

По другим данным, прочность портландцемента в первые сутки твердения зависит от объема зерен клинкера размером до 10 мкм, а прочность на 3-и сутки зависит от зерен размером до 30 мкм. Объем данных фракций клинкера в составе портландцемента определяет его 3-х суточную прочность.

За трое суток твердения, быстротвердеющий портландцемент набирает от 60% до 70% марочной прочности. Но в дальнейшем нарастание прочности резко угасает и к 28-ми суткам прочность БТЦ равна прочности обычного портландцемента. Поэтому главное отличие БТЦ от простого портландцемента это интенсивный набор прочности в первые 3-е суток, а далее такой цемент ведет себя как любой другой портландцемент.

В качестве стандарта прочности БТЦ используется ГОСТ, согласно которому малопластичный раствор, спустя 3-е суток твердения, должен обладать пределом прочности при сжатии 25 и 28 МПа, а при изгибе 4 и 4,5 МПа, соответственно для марок бетона М400 и М500.

Не смотря на то, что интенсивность твердения у быстротвердеющего портландцемента и так высокая, ее можно повысить еще на порядок если использовать тепловую обработку бетонного изделия при температуре от 70°С до 80°С. И благодаря такой тепловой обработке, БТЦ набирает свои 80% марочной прочности не за 3-е суток, а за 5-6 часов, что несомненно значительно быстрее.

Но при этом длительное пропаривание, а так же тепловая обработка при температуре более 80°С, могут привести к сильному замедлению роста прочности бетона, а в последствии и к недобору этой прочности. И так как конечная прочность может оказаться ниже, чем та которая достигается при твердении обычного портландцемента в обычных условиях, то пропаривать такие бетоны следует при температуре менее 80°С и с достаточно короткой выдержкой.

Набор прочности бетоном

Марка бетона – главная его характеристика – прочность на сжатие. Марочная прочность достигается через 28 дней, если соблюдена технология высыхания. Сколько сохнет бетон? На 7 сутки он достигает 70% конечной прочности. До 28 дня созревания нельзя нагружать бетонную конструкцию. Через 7 суток можно разобрать опалубку.

Посмотрим на график твердения бетона. Резкое повышение прочности в первую неделю, медленный набор (по экспоненте) в последующие. Мы видим сколько застывает цемента за 7 дней – 75%.

Для набора прочности нужна вода, которая изначально заливается в БСГ. Но времени на реакцию не хватает, поэтому необходимо подливать воду, т.к. часть воды испаряется не прореагировав. Об этом должен помнить тот, кто заливает фундамент самостоятельно. Некоторые закрывают бетон полиэтиленовой пленкой. Кто-то поливает водой.

Для получения заявленных характеристик бетона необходимо чтобы:

• температура смеси была бы больше нуля;
• подливать воду, для пополнения испарившейся.

Противоморозные добавки позволяют использовать зимой низкую марку бетона вместо дорогих высокомарочных, что уменьшает стоимость бетонных изделий. За счёт этих добавок есть возможность уменьшить толщину изделия — плит перекрытия, без ухудшения эксплуатационных характеристик.

• способствуют снижению температуры замерзания воды;
• увеличивают время схватывания цемента;
• увеличивают подвижность бетона, что облегчает формирование элементов;
• находящиеся в их составе ингибиторы коррозии защищают арматуру от окисления;
• повышают водонепроницаемость и ускоряют затвердевание бетона.

Как производят?

Изготовление быстротвердеющего бетона без использования добавок происходит с помощью тонкого измельчения цемента. Это обусловлено тем, что меньшие гранулы соприкасаться со значительной площадью реагента. Такой процесс увеличивает прохождение дегидратации. Увеличение площади взаимодействия раствора приводит к застыванию в естественных условиях за короткий промежуток времени и снятия опалубки уже через 4 часа после заливки. Способ дорогостоящий, поэтому чаще применяется метод использования минеральных добавок и отвердителей. Полученый раствор затвердевает медленно, но применяется намного чаще, так как затраты на материалы меньшие.