Содержание статьи:
- Схватывание и твердение бетона;
- Как происходит твердение и набор прочности бетона;
- Что влияет на твердение и набор прочности.
.
Схватывание и твердение
Прочность бетона считается его основным свойством и отражает качество монолитной конструкции, так как напрямую связана со структурой бетонного камня. Твердение бетона – сложный физико-химический процесс, при котором взаимодействуют цемент и вода. В результате гидратации цемента образуются новые соединения, и формируется бетонный камень.
При твердении бетон набирает прочность, но происходит это не одномоментно, а в течение длительного периода времени. Набор прочности бетона происходит постепенно – в течение многих месяцев.
Набор прочности условно делят на два этапа:
1. Стадия первая — схватывание бетона
Схватывание происходит в первые сутки с момента приготовления бетонной смеси. Время схватывания бетонной смеси напрямую зависит от температуры окружающего воздуха. При температуре 20 °С процесс схватывания занимает всего 1 час: цемент начинает схватываться примерно через 2 часа с момента затворения цементного раствора, а окончание схватывания происходит примерно через 3 часа. С понижением температуры начало этой стадии отодвигается, а длительность значительно увеличивается. Так, при температуре воздуха около 0 °С период схватывания бетона начинается через 6-10 часов после затворения бетонной смеси и растягивается до 15-20 часов. При повышенных температурах период схватывания бетонной смеси сокращается и может достигать 10-20 минут.
В течение периода схватывания бетонная смесь остается подвижной и на неё можно воздействовать. Благодаря механизму тиксотропии (уменьшение вязкости субстанции при механическом воздействии) при перемешивании несхватившегося до конца бетона, он остается в стадии схватывания, а не переходит в стадию твердения. Именно это свойство бетонной смеси используют при её доставке на бетоносмесителях: смесь постоянно перемешивается в миксере, чтобы сохранить её основные свойства. Во вращающемся миксере автобетоновоза бетон не твердеет в течение длительного времени, но при этом с ним происходят необратимые последствия (говорят бетон «сваривается»), что в дальнейшем значительно снижает его качества. Особенно быстро бетонная смесь сваривается летом.
2. Стадия вторая — твердение бетона
Твердение бетона наступает сразу после схватывания цемента. Процесс твердения и набор прочности продолжается в течение нескольких лет. При этом марка бетона определяется в возрасте 28 суток. Процесс набора прочности и график набора прочности описаны ниже.
.
Как и сколько бетон твердеет и набирает прочность
Класс бетона по прочности оценивают в возрасте 28 суток. Для испытаний берут образцы в форме стандартного куба со стороной 15 см, испытуемый образец при этом выдерживают при температуре 20±3°С и относительной влажности воздуха 95±5%. Эти параметры хранения бетонной смеси и есть нормальные условия твердения бетона, а сама камера для хранения испытуемых образцов называется камерой нормального хранения (НХ).
При отклонении температуры твердения в большую сторону от «нормальной» получают твердение бетона при повышенной температуре, а при отклонении в меньшую – твердение при пониженной температуре.
В таблице приведена информация о наборе прочности бетона марок М200 — М300 на портландцементе М-400, М-500 в первые 28 суток в зависимости от среднесуточной температуры:
График набора прочности при различных температурах твердения приведен ниже (за 100% берется набор марочной прочности в первые 28 суток):
Для справки: данными вышеприведенной таблицы и графика можно воспользоваться для определения срока распалубки монолитной железобетонной конструкции, который в соответствии с нормативными документами наступает с того момента, когда бетонная смесь наберет 50-80% от своей марочной прочности (подробнее в статьях «Когда снимать опалубку» и «Уход за бетоном»).
Для твердения бетона характерны следующие особенности:
- чем ниже температура окружающего воздуха, тем медленнее происходит твердение и нарастает прочность;
- при температуре ниже 0°С вода, необходимая для гидратации цемента, замерзает и твердение прекращается. При последующем повышении температуры твердение и набор прочности возобновляются;
- при прочих равных условиях во влажной среде к определенному сроку бетон приобретает прочность выше, чем при твердении на воздухе;
- в сухих условиях дальнейшее твердение замедляется и практически прекращается, из-за отсутствия влаги, необходимой для гидратации цемента;
- при повышении температуры до 70-90° С и максимальной влажности скорость нарастания прочности значительно увеличивается. Именно такие условия создают при пропаривании бетона паром высокого давления в автоклавах.
Заметим, что скорость набора прочности бетона – величина непостоянная. Твердение имеет наибольшую интенсивность в первые 7 суток с момента заливки бетонной смеси. При нормальных условиях твердения через 7—14 дней бетон набирает 60—70% от своей 28-дневной прочности. В дальнейшем набор прочности не прекращается, но происходит гораздо медленнее, а к трехлетнему возрасту прочность бетона может достигать 200-250% от величины, определенной в возрасте 28 суток.
.
От чего зависит набор прочности и твердение
На набор прочности бетона влияют множество факторов, среди них можно выделить следующие:
- тип цемента, используемого при производстве бетонной смеси;
- температура, при которой происходит твердение бетона;
- водоцеметное отношение;
- степень уплотнения бетонной смеси.
Влияние каждого из вышеперечисленных факторов на твердение и набор прочности приведено ниже в виде таблицы и графиков.
Зависимость от типа цемента и температуры твердения:
Ниже приведены данные по набору тяжелым бетоном относительной прочности в зависимости от вышеуказанных двух параметров (типа цемента и температуры твердения).
|
Время твердения, |
Тип цемента |
Относительная |
|||
|
30 оС |
20 оС |
10 оС |
5 оС |
||
|
1 |
Б |
0,45 |
0,42 |
0,26 |
0,16 |
|
Н |
0,37 |
0,34 |
0,21 |
0,12 |
|
|
М |
0,23 |
0,19 |
0,11 |
0,06 |
|
|
2 |
Б |
0,58 |
0,58 |
0,37 |
0,22 |
|
Н |
0,52 |
0,5 |
0,32 |
0,19 |
|
|
М |
0,38 |
0,34 |
0,21 |
0,12 |
|
|
3 |
Б |
0,65 |
0,66 |
0,43 |
0,26 |
|
Н |
0,6 |
0,6 |
0,38 |
0,23 |
|
|
М |
0,47 |
0,45 |
0,28 |
0,17 |
|
|
7 |
Б |
0,78 |
0,82 |
0,54 |
0,33 |
|
Н |
0,75 |
0,78 |
0,51 |
0,31 |
|
|
М |
0,67 |
0,68 |
0,44 |
0,27 |
|
|
14 |
Б |
0,87 |
0,92 |
0,61 |
0,38 |
|
Н |
0,85 |
0,9 |
0,6 |
0,37 |
|
|
М |
0,81 |
0,85 |
0,56 |
0,34 |
|
|
28 |
Б |
0,93 |
1,0 |
0,71 |
0,45 |
|
Н |
0,93 |
1,0 |
0,7 |
0,43 |
|
|
М |
0,93 |
1,0 |
0,67 |
0,41 |
|
|
56 |
Б |
0,98 |
1,06 |
0,8 |
0,51 |
|
Н |
1,0 |
1,08 |
0,79 |
0,49 |
|
|
М |
1,0 |
1,12 |
0,76 |
0,47 |
|
М – медленнотвердеющий портландцемент;
Н – нормальнотвердеющий портландцемент;
Б – быстротвердеющий портландцемент.
Промежуточные значения – определяются интерполяцией;
1 (единица) относительной прочности – прочность бетона через 28 суток при температуре твердения 20 оС. При включении в состав бетонной смеси добавок, способных повлиять на динамику процесса твердения, – скорость набора прочности изменяется.
