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.

28 дней для марочного контроля

Для марочного контроля технологи применяют период в 28 дней. Первую неделю, при теплой погоде, бетон интенсивно набирает свою прочность, около 70 процентов от фактической. Это происходит за счет взаимодействия цементных зерен и воды, в результате чего образуются гидросиликаты калия. Процесс может затянуться не на один год. Например, у некоторых железобетонных изделий, к которым предъявлялась марка бетона М 200, через несколько лет прочность достигала бетона марки 400.

Процесс созревания бетонных составов

Набор прочности бетона увеличивается не сразу, а на протяжении некоторого времени, порой достаточно продолжительного. Это время называется периодом созревания бетона.

Время, необходимое для созревания бетонного состава, обычно составляет 28 дней. 28 дней — это именно тот период, который необходим бетонной смеси для того, чтобы были достигнуты максимальные показатели прочности, согласно графика набора прочности бетона.

Подобный график отражает кривую роста прочности в 28-дневный промежуток времени. Как уже было отмечено, для созревания бетона в естественных условиях обычно требуется 28 дней.

28 дней — это время набора прочности бетона в естественных условиях сушки.

При этом интересно то, что самое быстрое отвердевание бетонного состава происходит в течение первых пяти дней этого периода, прочность бетона через 7 суток со дня заливки равна 70% от запланированной прочности марки. Конечно, в каждом отдельном случае, рост твердости бетона может различаться от запланированного.

Но в целом, в большинстве случаев рост прочности соответствует графику набора прочности бетона. Несмотря на то, что 2/3 прочности бетона достигаются в первую неделю его созревания, использовать его можно будет лишь спустя 28 дней, когда будет достигнута 100% прочность бетона.

При этом созревание бетона зависит от его класса. Так, анализируя график набора прочности бетона В25, можно сделать вывод, что этот класс бетона набирает прочность 60% за 65 часов при температуре окружающей среды в +30С.

Стадии

Стадия схватывания

Схватывание раствора происходит в первые 24 часа с момента ее возделывания. Данное время на прямую зависит от температуры внешней среды.

При комнатной температуре (20 градусов) данный процесс занимает менее одного часа: схватывание начинается после попрошествии 2 часов со времени приготовления смеси, а завершение данного процесса оканчивается через 3 часа.

При более низкой температуре, время начала стадии схватывания немного отодвигается , а длительность процесса несоизмеримо увеличивается.

Во время своего схватывания, смесь из цемента остается вязкой и на нее возможно внешнее воздействие. Из-за тиксотропии, при которой вязкость при воздействии на раствор уменьшается, не схватившийся до конца бетон во время перемешивании не переходит в стадию затвердевания.

Но, при долгом внешнем воздействии, смесь «сваривается» и теряет некоторые свои качества. Особенно быстро процесс «сварки» происходит гораздо быстрее в теплое время года.

Стадия твердения

Данный процесс начинается сразу после полного схватывания бетона. Твердение и набор прочности будет продолжаться еще в течение нескольких лет, но при этом, марку бетону можно определить уже по прошествии 4 недель.

Факторы, влияющие на скорость набора прочности бетона

Параметры, которые влияют на скорость твердения:

• применяемый цемент;
• добавление реагентов-ускорителей затвердевания;
• благоприятная пропорция цемент/вода в бетонном растворе;
• метод утрамбовки смеси (например вибратором для бетона);
• процент влажности окружающей среды;
• температурный режим.

Чтобы определить, сколько времени бетон набирает прочность, надо учитывать температуру. Твердеет строительная смесь при плюсовой погоде.

Это происходит из-за наличия в ее составе воды. Если вода замерзнет, то бетон прекратит набирать крепость. Процесс возобновится, когда температурный режим станет положительным.

Чем больше тепла, тем скорость твердения выше. А это значительно уменьшает время схватывания.

График набора прочности показывает зависимость процесса от внешней температуры:

Кривые на схеме отображают, сколько дней бетон набирает заданную прочность при потеплении (для b25).

По этим данным можно определить, какой твердости будет материал со временем. Например, какое количество суток потребуется, чтобы бетон набрал 70% от заданного значения прочности.

Строители советуют заливать раствор в опалубку при +20°C. Тогда схватывание начинается через 1 час. На жаре время застывания бетона сводится к минимуму.

Для марок М300, М200 (t=+20 °C) отвердение происходит за 1 час.

Зная, сколько часов или дней бетон набирает прочность, можно точно рассчитать ход реализации проекта, определить график работ, рассчитать материальные затраты.

От чего зависит и как быстро происходит набор прочности бетона

Изготовление различных конструкций предполагает заливку бетона, главной характеристикой которого является прочность на сжатие. При этом нагружать конкретный элемент нельзя, пока не завершится набор прочности бетона. Данный процесс зависит от ряда факторов, к которым относятся не только внешние условия, но и состав самой смеси.

Для достижения марочного значения, как правило, требуется четыре недели (28 дней). Чтобы будущая конструкция прослужила достаточно долго, необходимо ясно представлять, как осуществляется сам процесс, и сколько времени требуется для его завершения. Процесс включает две стадии. На первой происходит схватывание бетона. На второй он твердеет и набирает прочность.

Стадия схватывания

Схватывание происходит в течение первых суток с момента его приготовления. Сколько времени потребуется для завершения первой стадии напрямую зависит от температуры окружающей среды.

Теплая погода

В летний период, когда температура 20 °C и выше, на схватывание может потребоваться около часа. Процесс начнется приблизительно через два часа после приготовления смеси и завершится, следовательно, через три.

Прохладное время года

При похолодании время начала и завершения стадии сдвигается. Для схватывания требуется больше суток. При нулевой температуре процесс начинается, как правило, только через 6 – 10 часов после приготовления раствора и может длиться до 20 часов после заливки. В жаркую погоду время, наоборот, уменьшается. Иногда для схватывания достаточно 10 минут.

Уменьшение вязкости раствора

На первой стадии приготовленная смесь остается подвижной. В этот период еще можно оказать механическое воздействие, придав изготавливаемой конструкции требуемую форму.

Продлить стадию схватывания позволяет механизм тиксотропии, способствующий уменьшению вязкости смеси при оказании механического воздействия. Именно поэтому перемешиваемый в бетономешалке раствор намного дольше может находиться на первой стадии.

Однако следует учесть, что ряд процессов вызывает необратимые изменения в смеси, что негативно отражается на качестве затвердевшего бетона. Особенно быстро «сваривание» происходит в летний период.

Стадия твердения

После схватывания бетон начинает твердеть. Для завершения процесса и окончательного набора прочности может потребоваться несколько лет. Марку бетона можно будет определить через четыре недели.

Стоит учесть, что прочность бетон набирает с различной скоростью. Наиболее интенсивно процесс протекает в первую неделю после заливки бетона. Уже в первые трое суток данный показатель в нормальных условиях составляет около 30% от марочного значения, определяемого через 28 дней после заливки.

В течение первых 7 – 14 суток раствор набирает до 70 % от указанного значения, а через три месяца на 20 % превышает его. После этого процесс замедляется, но не прекращается.

Через три года показатель может вдвое превысить значение, полученное через 28 дней после заливки. Специальная справочная таблица позволяет узнать, какой процент от марочного значения наберет состав при конкретной температуре через определенное количество дней.

От чего зависит набор прочности?

На процесс набора прочности влияет множество факторов. Однако основными можно считать:

• температуру;
• влажность;
• марку бетона;
• время.

Температура

Чем холоднее на улице, тем медленнее повышается прочность бетона. При отрицательных температурах процесс останавливается, так как замерзает вода, обеспечивающая гидратацию цемента. Как только температура воздуха повысится, набор прочности бетона продолжится. При снижении температуры может опять остановиться.

При наличии в составе различных модификаторов время твердения может уменьшаться, а температура, при которой процесс останавливается, снижаться. Производители предлагают специальные быстротвердеющие составы, способные набрать марочную прочность уже через две недели.

Потепление способствует ускорению процесса созревания бетона. При 40 °C марочное значение может быть достигнуто уже через неделю. Именно поэтому заливку бетона на приусадебном участке для сокращения сроков строительства лучше производить в жаркую погоду.

Зимой может потребоваться подогрев бетона, что выполнить собственными силами крайне проблематично: требуется специальное оборудование и знание технологии выполнения работ. Следует учесть, что нагрев раствора свыше 90 °C недопустим.

Чтобы понять, как температура оказывает влияние на процесс твердения, стоит изучить график набора прочности бетона. Кривые построены на основании информации, собранной для марки М400 при различных температурах. По графику можно определить, какой процент от марочного значения будет достигнут через определенное количество суток. Каждая кривая соответствует конкретной температуре. Первая линия 5°C, последняя – 50° С.

График позволяет определить срок распалубки монолитной конструкции. Опалубку можно снимать, как только прочность превысит 50% от своего марочного значения. Следует обратить внимание, что согласно графику, если температура воздуха ниже 10 °C, марочное значение не будет достигнуто даже через две недели. При таких погодных условиях уже стоит задуматься о подогреве заливаемого раствора.

Время

Для определения нормативно-безопасного срока начала работ часто используется следующая таблица. В ней в зависимости от марки бетона и его среднесуточной температуры приведена информация о наборе прочности через определенное количество суток:

Если нормативно-безопасный срок установлен на уровне приблизительно 50%, то безопасным сроком начала работ можно считать 72 – 80% от марочного значения.

В зависимости от времени выдержки искомое значение можно определить по следующей формуле:

прочность на n-ый день = марочная прочность *(lg (n) / lg (28)). Причем n не может быть меньше 3-х дней.

Состав и характеристики цемента

Если сразу после заливки цемент способен набирать прочность благодаря своему тепловыделению, то после замерзания воды процесс неизменно остановится. Именно поэтому при выполнении работ в зимний и осенне-весенний период предпочтительно использовать смеси с противоморозными добавками.

Глиноземистый цемент после укладки способен выделить в семь раз больше тепла, чем обычный портландцемент. Именно поэтому приготовленная на его основе смесь набирает прочность даже при отрицательной температуре.

Марка также оказывает влияние на скорость процесса. Чем ниже марка, тем выше критическая прочность. Таблица наглядно отражает такую зависимость:

Влажность

Пониженная влажность негативно отражается на процессе. При полном отсутствии влаги гидратация цемента становится невозможной, и твердение практически останавливается.

При максимальной влажности и высокой температуре (70 – 90 °C) скорость нарастания прочности значительно повышается. В таком режиме осуществляется пропаривание состава в автоклавах паром высокого давления.

Нагрев до столь высоких температур при минимальной влажности неизбежно приведет к высыханию залитого раствора и снижению скорости набора. Чтобы этого не произошло, следует своевременно производить увлажнение. В таком случае в жаркую погоду прочность будет набрана в минимально возможные сроки.

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.