Набор прочности бетона представляет собой сложный химический процесс, на который влияют различные факторы. Для оптимизации строительных работ используются методы тепловлажностной обработки бетона. Современным решением является применение специальных добавок, которые регулируют скорость схватывания и твердения материала.
Важная величина: как узнать время схватывания бетона
Бетон является одним из самых широко используемых материалов в современном строительстве благодаря своей высокой прочности, доступности и разнообразию видов, а также методов обработки.
Он состоит из цемента и воды с добавлением заполнителей, таких как песок, гравий или щебень. После процесса твердения бетон способен принимать любую заданную форму и становится прочным, долговечным материалом, известным как цементный камень.
Стадии набора прочности бетона
Как проходит процесс превращения подвижного бетонного раствора в твердое вещество?
Для понимания этого процесса важно знать состав бетона.
Основным компонентом бетонной смеси служит портландцемент. Это вяжущее вещество состоит из четырех ключевых минералов:
- C2S (двухкальциевый силикат),
- C3S (трёхкальциевый силикат),
- C3A (трёхкальциевый алюминат),
- C4AF (четырёхкальциевый алюмоферрит).
Приготовление бетонной смеси начинается с соединения портландцемента с водой и наполнителями (такими как шлак, гравий, щебень и песок). В зависимости от требуемых характеристик бетона, в состав могут добавляться различные добавки.
При взаимодействии с водой минералы, содержащиеся в цементном клинкере, подвергаются процессу гидратации. В результате этой реакции образуются новые соединения, и бетон начинает формировать свою кристаллическую структуру.
Таким образом, твердение бетона представляет собой кристаллохимический процесс.
В процессе твердения выделяются две основные стадии:
Бетон начинает схватываться уже через 2 часа, при этом через 60 минут после начала реакции он уже демонстрирует признаки схватывания. Важно отметить, что в период, когда бетон еще не схватился, он сохраняет свою подвижность.
Интересно!
В некоторых случаях, когда укладка бетона задерживается, смесь могут перемешивать слишком долго, чтобы избежать преждевременного схватывания. Это негативно сказывается на качестве готового бетона.
После завершения стадии схватывания начинается процесс твердения бетона.
От чего зависит прочность бетона
Способность бетона выдерживать нагрузки, а именно его прочностные характеристики, зависят от многих факторов. К числу таких факторов относятся:
- Корректность протекания реакции гидратации.
- Марка используемого цемента.
- Марка и тип наполнителя.
- Соотношение цемента и наполнителя в смеси.
- Равномерность распределения наполнителя в объеме заливаемой конструкции.
Ключевые факторы, влияющие на реакцию гидратации цемента, включают температуру и количество воды. Как слишком низкие температуры, так и высокая жара могут оказать негативное влияние на процесс. Например, вода, являющаяся основным реагентом, может замерзнуть и не участвовать в реакции с цементным клинкером или, наоборот, испариться из-за высокой температуры. Именно поэтому оптимальное содержание воды в смеси составляет от 50 до 70% от общей массы.
При этом, чем выше марка цемента, тем больше в нем активных компонентов, что способствует более быстрой реакции с водой и большему выделению тепла. К примеру, время затвердевания бетона марки М300 может быть на 3-4 дня меньше, чем у бетона марки М200, при равных условиях. В процессе набора прочности образуется больше силикатных кристаллов, что обеспечивает более плотную и прочную решетку.
Тип наполнителя также существенно влияет на прочностные характеристики бетона. Он может варьироваться по прочности и иметь определенную марку. Например, щебень может быть известняковым или иной осадочной породы. Бетон на его основе подходит для фундаментов малых зданий, бордюров и других конструкций, не требующих повышенных прочностных характеристик. Для высотных зданий, мостов и других ответственных сооружений применяют бетоны с наполнителем из вулканических пород, таких как гранит или базальт.
Важно, чтобы марка наполнителя соответствовала марке вяжущего компонента. Применение слишком высокопрочного цемента может создавать чрезмерные напряжения и обеспечить разрушение наполнителя. В свою очередь, слишком низкий раствор не сможет удержать тяжелый и прочный наполнитель, что также приведет к недостаточной прочности конструкции.
В ходе бетонных работ крайне важно соблюсти необходимые соотношения между связывающими и наполнителями. Чем выше марка цемента, тем меньше его нужно для достижения прочности. Идеальное соотношение по весу составляет 1 к 4, где цемент составляет меньшую часть. Рабочее же значение может заходить до 1 к 8.
При избытке цемента в смеси возможна высокая усадка бетона в процессе затвердевания. К тому же, кальциевые кристаллы, образующиеся из прореагировавшей массы, имеют невысокую прочность. Желаете, чтобы залитый фундамент был надежным? Строго придерживайтесь указанных на упаковке рекомендаций по пропорциям.
Правильное размещение наполнителя в залитом бетоне также крайне важно для достижения нужной прочности. Наполнитель должен быть уложен равномерно, без скоплений, особенно в крупных фракциях. Хотя в случае с песком и заливкой стяжек, мелкие фракции обычно отличаются малой подвижностью в толще густой массы цемента. Однако для крупных щебней важно уделить особое внимание полному их уплотнению.
Для достижения такого результата применяются вибраторные машины. В случаях, когда толщина конструкции достигает до метра, такие устройства можно устанавливать на поверхность. Глубинные вибраторы, напоминающие удлиненные долота отбойного молотка, обеспечивают лучшие результаты. В крайнем случае, можно выполнить обжимание с помощью лопаты. Однако этот метод потребует значительных физических усилий.
Онлайн калькулятор бетона: расчет состава и пропорций
Для предварительного расчета и подбора состава бетона можно использовать онлайн-калькулятор. Вам нужно ввести необходимый объем бетона в кубометрах, марку прочности, выбранный наполнитель, марку цемента и указать наличие пластификаторов. Кроме того, можно ввести цены на используемые материалы. Дополнительно можно указать значения плотности, подвижности смеси и другие параметры. Нажав на кнопку «рассчитать», вы получите подробную таблицу с количеством необходимых материалов, пропорциями смеси и итоговыми затратами.
Работы по заливу бетона обладают значительными объемами и трудоемкостью. Тут стоит отметить и долгий временной период, необходимый для затвердевания. Сразу после заполнения опалубки щебеночно-цементной смесью необходимо пройти этапы схватывания и набора прочности, и до окончания этих этапов к дальнейшим работам приступать нельзя.
Контролировать длительность данного процесса весьма сложно. При отсутствии определенных навыков попытки эти могут закончиться крайне негативно. Например, при температуре +20°C бетон марки М200 полностью затвердеет в опалубке лишь через 21 день.
Существует также нормативно безопасный срок, когда можно начинать снимать опалубку и постепенно нагружать конструкции. На этот момент бетон достигает 70-80% своей прочности. В таблице нижеприведены данные о процессе для бетона марки М400, полученные на основе эмпирических исследований.
| Срок от момента заливки (сутки) |
Средняя температура при проведении работ (°C) |
|||||
| -3 | 0 | +5 | +10 | +20 | +30 | |
| Прочность от расчетной (%) | ||||||
| 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 | |
Сроки, выделенные жирным шрифтом, представляют собой моменты, когда конструкции можно считать достаточно прочными для восприятия нагрузки.
Таким образом, в теплый летний день можно начать возводить стены, например бани, всего через три дня после заливки фундамента. Если также потратить два дня на снятие опалубки, то можно смело продолжать дальнейшие строительные работы, так как вся конструкция будет стоять надежно.
Поэтому тем, кто впервые сталкивается с бетонными работами, не стоит пытаться форсировать процессы. Естественный ход событий позволит компенсировать незначительные ошибки, которые могут появиться из-за недостатка опыта.
Понимание сути процессов, происходящих при схватывании и наборе прочности бетоном, может помочь любой самостоятельной команде застройщиков успешно выполнить заливку фундамента или других конструктивных элементов здания с достойным качеством результата.
На нашем сайте вы найдете подборки проектов, красивые идеи для интерьеров загородных домов, советы от главного архитектора Domamo и много другой полезной информации.
Какие факторы и каким образом влияют на скорость затвердевания бетона
Затвердевание бетона, по сути, является результатом реакции гидратации между цементом и водой. Этот процесс требует положительных температур и высокой влажности воздуха, которые в идеале находятся в диапазоне от +20 до +30 °C, а влажность — от 80% до 100%. Именно в этих условиях, созданных в лабораторных условиях, были определены сроки затвердевания бетона (указанные выше). Однако на практике температура и влажность окружающей среды постоянно меняются. Снижение температуры замедляет процесс высыхания бетонной смеси, а достижение 0 °C полностью останавливает его. Высокие температуры, напротив, ускоряют процесс твердения, но могут ухудшать свойства самого материала.
Температура и влажность — важнейшие факторы, определяющие скорость затвердевания бетонного раствора, но есть и другие параметры, оказывающие значительное влияние на этот процесс. К числу таких факторов можно отнести:
- марка бетона. Например, бетон марки М200 схватывается на 2–2,5 часа и полностью затвердевает за 14–28 дней. Для бетона марки М400 эти процессы происходят всего за 1–2 часа и 7–14 дней соответственно;
- состав смеси. Наличие в смеси песка или гравия ускоряет испарение влаги, тогда как керамзит или шлак замедляют его. Отличный эффект также достигается с помощью различных добавок;
- плотность материала. Уплотненный вибропрессованием или штыкованием бетон высыхает дольше, чем бетон, залитый без последующей трамбовки;
- толщина слоя и ширина заливки. Более толстые слои затрудняют высыхание, тогда как меньшие параметры наоборот — ускоряют;
- уход за бетоном. Укрытие гидроизоляционными пленками, использование битумной мастики и регулярное опрыскивание водой позволяют продлить время высыхания, в то время как настройка подогрева, напротив, сокращает его;
- время нахождения бетона в опалубке. Больший срок в опалубке приводит к более медленному высыханию, меньший — к более быстрому.
Понимание этих факторов позволяет более точно определить, сколько времени потребуется для схватывания и затвердевания бетона в конкретных условиях, а также при необходимости регулировать скорость этих процессов.
Как рассчитывается время застывания бетона в опалубке
Всё вышесказанное подтверждает, что на вопросы, такие как «Сколько застывает бетон М300 в опалубке?» или «Сколько сохнет фундамент в опалубке?» не существует однозначных ответов. Однако изложенная информация помогает сделать более-менее точные выводы относительно сроков.
- Вторая половина весны и первая половина осени являются оптимальными периодами для замеров, так как в эти времена температура и влажность воздуха в наибольшей степени соответствуют значениям, установленным в лаборатории. Летние месяцы требуют соблюдения аналогичных сроков, но для обеспечения прочности конструкции следует предусмотреть методы замедления процессов схватывания и высыхания бетона. В холодные периоды года ориентировочные сроки нужно увеличивать в 2-3 раза.
- Ленточный фундамент для легких заборов может оставаться в опалубке всего 3–4 дня; для более сложного фундамента частного дома этот срок увеличивается до 28 дней, а при использовании плитного фундамента время может достигнуть 1,5–2 месяцев. Работы по возведению дамб, мостов и других усиленных конструкций не следует возобновлять раньше чем через 90 дней после заливки основания.
- Снятие опалубки для фундамента небольшой конструкции при температуре +25…+30 °C можно начинать через 3 дня после заливки, при +20 °C — через 4, при +15 °C — через 5, при +5…+10 °C — через 7–10, а при +1 °C — не ранее чем через 15 дней. В любом случае дальнейшие работы можно начинать только после того, как конструкция достигнет расчетной прочности.
Таким образом, учитывая результаты лабораторных исследований, влияние окружающей среды в реальных условиях и практические рекомендации, можно с лёгкостью не просто ориентироваться по срокам, но и с относительной точностью рассчитать время высыхания бетона в опалубке при возведении того или иного объекта. После достижения указанного времени обязательно проверяйте с помощью молотка, зубила, дрели или специального прибора, достигла ли крепость затвердевшей смеси не менее 70% от заявленного значения для конкретной марки. Если нет, следует отложить продолжение строительных работ и дождаться достижения необходимого прочностного показателя, поскольку от него зависит качество итогового монолита. Если прочность достигнута, можно спокойно продолжать работы!
График набора прочности по суткам
Данная таблица демонстрирует, сколько времени необходимо для достижения прочности бетона в зависимости от температуры. Например, при рекомендованной температуре +20°C бетон достигает 50% своей марочной прочности всего через три дня после заливки. Спустя 14 дней этот показатель составит 90%, а через 28 дней — 100%.
Указанная информация также полезна для планирования последующих этапов строительства. Согласно строительным нормам, безопасный срок начала работ для бетона, затвердевшего при +20°C, составляет третий день, однако опытные строители рекомендуют подождать, как минимум, до седьмого дня.
Приведенные выше данные являются ориентировочными — они показывают временные рамки для набора прочности бетона марок М200 и М300. Сведения могут не соответствовать другим классам, а также не учитывать уровень влажности и другие факторы окружающей среды, влияющие на время застывания.
Способы регулирования скорости твердения бетона
Ускорение твердения
Если необходимо ускорить процесс твердения бетона, стоит рассмотреть варианты выбора специальных бетонов, включающих добавки, ускоряющие набор прочности. Также обработка раствора горячим паром может ускорить испарение влаги из бетона, обеспечивая при этом его защиту от пересыхания.
Уменьшение содержания воды может также способствовать более быстрому выходу бетона. Однако данный метод может затруднить процессы трамбовки и цементации, в свою очередь повлияв на итоговые прочностные характеристики.
При температуре от 0 до +18°C для ускорения затвердевания можно использовать тепловые пушки, инфракрасный прогрев и другие подобные устройства. Некоторые строители применяют светоотражающие полотна. Кроме этого, рассматриваются бетоны с морозостойкими добавками, которые помогают снизить точку застывания водяной смеси.
Замедление твердения
В производстве высококачественных быстрозастывающих смесей с большим количеством цемента или при транспортировке бетона на дальние расстояния используют специальные вещества. Эти добавки замедляют гидратацию и откладывают процесс схватывания на несколько часов.
Однако увеличивать объем воды тоже не рекомендуется, так как это может привести к слишком быстрому высыханию. Любые изменения в составе могут повлиять на прочность конструкции и даже привести к образованию трещин.
Способы ухода за свежеуложенным бетоном с целью обеспечения нормальных условий схватывания и твердения
Соблюдение правил ухода за бетоном обеспечивает нормальные условия для его схватывания и оптимального набора прочности. Мероприятия по уходу за бетонной конструкцией после заливки и уплотнения бетонной смеси:
- Защита от излишнего испарения влаги с поверхности бетонного элемента, что может привести к образованию разницы давление внутри бетонной массы и на ее поверхности, что, в свою очередь, способно вызвать трещинообразование. Для этого поверхность бетона закрывается полиэтиленовой пленкой, рубероидом или брезентом. Также можно использовать опилки и песок при условии регулярного их увлажнения.
- Обеспечение равномерного температурного режима по всему объему бетона во время его твердения. Особенно это касается массивных конструкций. Комплекс мероприятий по выравниванию температуры может включать в себя полив блока холодной водой или использование системы труб-змеевиков.
- Защита от низких температур до момента достижения бетоном критической прочности. Эти меры особенно актуальны при зимнем бетонировании. Для достижения нормальных условий увлажнения цемента применяются противоморозные добавки, теплоизоляционные материалы, способы прогрева: стальные провода, инфракрасные лучи или устройство тепляков с подогреваемым воздухом. Часто используются комплексные технологии.
За какое время бетон застывает в опалубке?
Примерное время, за которое бетон, залитый в опалубку, достигает заранее заданного показателя прочности, можно определить на основе графиков и таблиц, представленных в нормативных документах.
Таблица зависимости времени набора прочности для бетонов классов В 15-В 22,5, приготовленных с использованием цемента марок М400 и М500, от температуры окружающей среды:
| Срок твердения, сутки | Среднесуточная температура окружающей среды, °C | ||||
| 0 | +5 | +10 | +20 | +30 | |
| Прочность на сжатие в % от нормативной марочной прочности | |||||
| 1 | 5 | 9 | 12 | 23 | 35 |
| 2 | 12 | 19 | 25 | 40 | 55 |
| 3 | 18 | 27 | 37 | 50 | 65 |
| 5 | 28 | 38 | 50 | 65 | 80 |
| 7 | 35 | 48 | 58 | 75 | 90 |
| 14 | 50 | 62 | 72 | 90 | 100 |
| 28 | 65 | 77 | 85 | 100 | — |
Для получения точной картины набора прочности бетонной конструкции можно исследовать образцы, которые схватываются и твердеют в тех же условиях, что и основной элемент конструкции.
