Что такое гидратация цемента

Что такое гидратация цемента?

Необратимый процесс, во время которого бетон теряет свою подвижность, именуют гидратация цемента. Это весьма важный, определяемый нормативами показатель. Он выявляет качество материала.

Гидратация цемента — что это такое

Этим термином обозначают физико-химический процесс, при котором происходит связывание компонентов цементного порошка с жидкостью. Чтобы разобраться в особенностях этого действия, нужно скрупулезно исследовать состав цемента. Только тогда получится понять, как взаимодействуют ингредиенты порошка с водой, что влияет на период схватывания цемента, изучить остальные характеристики стройматериала. В его состав включены активные добавки минеральной природы, благодаря которым бетон медленно набирает требуемый уровень своей прочности. Какой бы марки и типа не был цемент, он содержит в себе четыре минеральных вещества:

Влияние компонентов на гидратацию

Каждый из таких компонентов чрезвычайно важен, все они обладают специфическими характеристиками, помогающими влиять сначала на схватывание, а затем и твердение цемента. Одни начинают незамедлительно взаимодействовать с влагой, иные действуют постепенно, спустя определенное время. Рассмотрим, как на гидратацию влияет каждый ингредиент:

Каждый перечисленный минеральный компонент определяет качество цемента, обеспечивает правильное течение процесса гидратации. Когда порошок смешивают с водой, внутри раствора немедленно появляются внутрикристаллические связи, которые определяют медленно нарастающую прочность, благодаря которой бетон в итоге приобретает состояние, схожее по параметрам с искусственным камнем.

Особенности гидратации

Из-за того, что период схватывания цемента быстротечен (45–90 минут), смесь требуется готовить незадолго до использования, оставляя время для выполнения заливки до финиша реакции, когда обрабатывать смесь уже невозможно либо бесполезно. Чтобы реакция гидратации полноценно произошла, пропорции объемов цемента с жидкостью должны соответствовать значению 3:2. Только четверть молекул воды химически связывают с порошком, остальные сохраняются в бетонных порах, имея связанный физически вид.

При уменьшении количества воды гидратация произойдет не полностью, в случае повышения ее объема — к развитию капиллярных пор внутри монолита, которые снизят его прочность. Инструкции к каждой конкретной марке цемента либо бетона всегда информируют о точных требуемых объемах составляющих.

Состав цемента и его гидратация

Как ранее уже было указано, на твердение портландцемента влияют четыре минеральных ингредиента, полученные при производстве этого связующего продукта. Поведение каждой составляющей значительно отличается и зависит о стадии схватывания монолита. Одни компоненты реагируют на появление воды немедленно, иные дожидаются своей очереди, а некоторые вообще вроде бы не участвуют в процессе.

Но все они при взаимодействии с водой начинают химическую реакцию, обеспечивающую нарастание, затем сцепление, а в итоге осаждение кристаллов насыщенных влагой соединений. Если рассматривать мероприятие с точки зрения химика, то оно является кристаллизацией.

Основные стадии затвердевания

Непосредственно процесс затвердевания монолита делится на два этапа. Сначала раствор схватывается, а затем твердеет. Первая стадия длится примерно сутки после приготовления смеси. На ее скорость влияет в основном только температура окружающего воздуха:

Одновременно фактором влияния, определяющим скорость схватывания, становятся специфические добавки. Они способны ускорять или замедлять химическую реакцию.

Все время, пока длится этап схватывания, бетон сохраняет подвижность. Он подвержен любым механическим воздействиям. При осуществлении любых мероприятий относительно еще не успевшего схватиться монолита, нужно понимать, что они удлиняют срок его первоначального схватывания.

Финальный этап получения качественного монолита — твердение раствора. Оно происходит незамедлительно после завершения предыдущей фазы. Сам такой процесс чрезвычайно медленный, нередко он тянет несколько лет. В самые первые дни твердения монолит еще динамичен, отличается нелинейностью состояния.

Заключение

Гидратацию цемента нужно понимать, чтобы обеспечивать технологию выпуска качественного бетона. Приступая к созданию цементного раствора, требуется правильно составлять водо-цементную пропорцию, точно отмерять иные компоненты бетона, действовать строго по инструкции. Это гарантирует раствору создание идеальных условий, чтобы все реакции в нем проходили по правилам.

Источник

Схватывание и твердение бетона или цемента.

Многие знают, что цемент при взаимодействии с водой твердеет и превращается в так называемый цементный камень. Однако, немногие знают суть этого процесса: как твердеет, почему твердеет, что нам даёт осознание происходящей реакции и каким образом мы можем на неё воздействовать. На сегодняшний момент понимание всех стадий гидратации позволяет учёным изобретать новые добавки в бетон или цемент, так или иначе воздействующие на процессы, происходящие в период схватывания цемента и твердения бетонной или ЖБИ конструкции.

Заводы выпускающие ЖБИ или товарный бетон могут пользоваться этими добавками с огромной пользой для себя. Это и экономия электроэнергии и газа за счёт сокращения сроков пропаривания ЖБИ изделий, и снижение трудозатрат на вибрирование, и скорость оборачивания формоснастки или опалубки, и экономия цемента, и улучшение качественных характеристик товарного бетона и изделий ЖБИ. Всё это возможно за счёт применения специальных добавок для бетона или цемента. Перечень используемых на сегодняшний день добавок довольно велик, поэтому ему посвящён отдельный раздел добавки в бетон.

Вообще, в процессе набора прочности бетона присутствуют две основные стадии:

В течение периода схватывания бетон или цементный раствор остаются подвижными, на них ещё можно воздействовать. Тут действует механизм тиксотропии. Пока Вы «шевелите» несхватившийся до конца бетон, он не переходит в стадию твердения, и процесс схватывания цемента растягивается. Именно поэтому доставка бетона на бетоносмесителях, сопровождающаяся постоянным перемешиванием бетонной смеси, способна сохранить её основные свойства. При желании прочтите подробности про основные свойства и состав бетона.

Минералогический состав и гидратация цемента

Мы не будем здесь разбирать сами стадии получения портландцемента, для этого есть специальный раздел, описывающий производство цемента более подробно. Нас интересует лишь состав цемента и его основные компоненты, вступающие в реакцию с водой при затворении цементного раствора или бетона. Итак. В качестве основы портландцемента рассматриваются четыре минерала, полученные в результате всех стадий производства цемента:

Трёхкальциевый силикат и его вклад в набор прочности бетона наиболее значим лишь в первый месяц жизни бетонной или ЖБИ конструкции. Это те самые 28 дней нормального твердения. Далее, его влияние на набор прочности цемента ощутимо уменьшается.

C2S двухкальциевый силикат 2CaO x Si02 начинает активно действовать лишь спустя месяц после затворения цемента в бетонной смеси, как будто принимая смену у своего трехкальциевого брата-силиката. В течение первого месяца жизни бетона или ЖБИ он в общем-то валяет дурака и ждёт своего часа. Это период безделья и расслабухи можно существенно сократить за счёт применения специальных добавок в цемент. Зато, его действие длится годами, в течении всего периода нарастания прочности железобетона, ЖБИ или бетона.

Все перечисленные компоненты при затворении водой вступают в химическую реакцию, благодаря которой происходит нарастание, сцепление и осаждение кристаллов гидратированных соединений. По сути, гидратацию можно назвать и кристаллизацией. Так наверное понятней.

Благодаря стараниям учёных и научным разработкам многочисленных испытательных лабораторий и НИИ стало возможным прогнозируемое и регулируемое воздействие на процесс гидратации цемента, влияние на начало и конец схватывания, регулируемая подвижность бетона, его прочность, коррозионная стойкость и так далее. В основном это делается за счёт применения специальных добавок в бетон. Спектр доступных методов воздействия на процесс схватывания цемента и дальнейшего набора прочности бетона или ЖБИ довольно широк и более подробно он описан в разделе добавки для бетона.

Компания БЭСТО поставляет товарный бетон и раствор, изготовленные с применением самых современных добавок, позволяющих получать бетонные смеси и цементные растворы с улучшенными показателями по морозостойкости, водонепроницаемости, подвижности и т.д. Современное дозирующее и бетоносмесительное оборудование помогает добиться наилучших результатов по однородности состава бетонной смеси или цементного раствора.

Надеюсь, что не загидратировал Вам мозги своими силикатами и алюминатами. С трёхкальциевым приветом, Эдуард Минаев.

Источник

Что такое гидратация цемента и для чего нужно знать процессы, происходящие с ним

Гидратация цемента – это процесс прохождения реакции между компонентами смеси и водой. Без воды бетонный раствор получить не удастся, так как именно при ее добавлении начинается стадия схватывания цемента, а потом и твердения. Эти два этапа считаются основными для приобретения смесью заявленных характеристик (в первую очередь прочности, а также других важных параметров).

Согласно стандартам, начало схватывания портландцемента должно наступать через 45 и более минут после замеса смеси. После того, как процесс схватывания завершился (до 3 часов по регламенту), начинается твердение цементного раствора. Это более длительный процесс, который может занимать годы.

Марочной прочности бетонная смесь достигает через 28 дней, но и по истечении этого периода процесс твердения и набора камнем прочности продолжается.

Знать о том, каким образом проходит схватывание и твердение портландцемента, нужно обязательно. Уделив внимание этим этапам, удастся избежать ошибок при замесе и заливке, которые часто приводят к потере раствором клеящей способности, понижению прочности, деформациям и другим неприятным последствиям. Немаловажны эти знания и для производства, использования разнообразных добавок к цементу, которые меняют определенные характеристики и свойства монолита, способны продлевать или сокращать стадии.

Гидратация – что это такое

Гидратация цемента – это физико-химический процесс связывания воды и ингредиентов цементного порошка. Тут стоит внимательнее изучить состав цемента и понять, каким образом взаимодействуют с водой различные компоненты, как они влияют на сроки схватывания цемента и другие характеристики.

Компоненты, входящие в состав цемента:

Влияние компонентов на гидратацию:

Все минеральные составляющие цемента важны для его качества и правильного прохождения процесса гидратации. При смешивании портландцемента с водой в составе сразу создаются новые внутрикристаллические связи, демонстрирующие постепенно нарастающую прочность и доводящие бетон до состояния искусственного камня.

Ввиду того, что сроки схватывания цемента невелики и составляют в норме от 45 до 90 минут, готовить смесь нужно непосредственно перед использованием, чтобы успеть залить и выполнить все работы до начала достижения реакцией того этапа, когда работать со смесью уже невозможно (трудно заливать) или бесполезно (понижается уровень прочности).

Для полного прохождения реакции гидратации соотношение объемов цемента и воды обычно берут равное 3:2. Химически связывается до 25% молекул воды, остальные же остаются в гелевых порах бетона, пребывая в физически связанном виде. Уменьшение объема воды приведет к неполной гидратации, повышение – к появлению капиллярных пор в процессе связывания, что понижает прочность. Точные объемы составляющих всегда указываются в инструкции к цементу или рецептуре приготовления конкретной марки бетона.

Схватывание цемента

Стандартные сроки схватывания цемента:

Существуют разные типы цемента, которые выделяют в соответствии со временем схватывания. Медленный цемент начинает схватываться по истечении 2 часов после замеса, средний – через 45-120 минут, быстрый – через 45 минут. Даже если условия неблагоприятные для прохождения реакции, цемент схватывается максимум за сутки.

После того, как бетон схватился, он еще не обладает всеми параметрами по стандарту и продолжать строительные работы запрещено. Бетон может разрушаться даже при минимальных нагрузках, терять характеристики, неравномерно застывать и т.д. Поэтому в процессе набора прочности цемента нужно прекратить работы и обеспечить идеальные условия.

Процесс твердения цемента

Это второй и более длительный этап, который следует сразу за схватыванием. Твердеть цемент может на протяжении многих лет. Максимальных (100%) показателей прочности смесь достигнет через несколько лет, но уже через 28 суток набирает большую часть (до 90-95%), пригодных для выполнения дальнейших работ и эксплуатации.

Обычно процесс твердения цемента запускается через сутки после начала реакции гидратации. Сначала бетон не прочный и подвержен негативному воздействию среды: частицы цемента уже кристаллизировались, скрепили заполнитель смеси вокруг себя, но пока связи чрезвычайно хрупкие и могут легко разрушиться.

Минимальные механические воздействия разрушают связи и восстановлению они не подлежат. Так, если походить по твердеющей стяжке, соединения разрушатся и уже никогда не схватятся: в местах, где было воздействие, в скором времени бетон начнет высыпаться, трескаться и крошиться.

Для обеспечения нормальных характеристик бетона застывания его нужно дожидаться правильно – в первые 14-20 дней создать влажную среду, брызгать водой при необходимости, защищать от ультрафиолета. Бетон должен застыть, но никак не высохнуть (в таком случае не избежать трещин, деформаций, увеличения усадки и других неприятностей).

Гидратация цемента – самый важный процесс, который должен проходить по технологии. Поэтому до начала работы с раствором необходимо правильно определить водо-цементное отношение, пропорции компонентов, изучить инструкцию и обеспечить раствору идеальные условия для прохождения всех реакций.

Источник

Твердение цемента

Цемент – популярный строительный материал, получаемый искусственным путем. Он представляет собой мелкодисперсный порошок, который при взаимодействии с водой превращается в пластичную массу, способную затвердевать даже в условиях высокой влажности. Физико-химический процесс взаимодействия цемента с водой называется гидратацией. В результате его протекания растворы и смеси, изготовленные на базе цементного вяжущего, после твердения приобретают высокую прочность, водонепроницаемость, устойчивость к температурным перепадам.

Гидратация цемента – особенности процесса

Гидратация – это необратимый процесс, при котором молекулы воды соединяются с молекулами минералов, входящих в состав цемента. В результате таких взаимодействий образуется пластичная масса, которая после затвердевания преобразуется в камнеподобное твердое тело.

В нормативной документации указываются допустимые водоцементные соотношения, которые зависят от применяемой марки цемента и требуемых характеристик получаемых продуктов. При достаточном количестве химически связывается примерно 25 % воды, остальная жидкость переходит в физически связанное состояние. Введение в материал воды в количестве меньше допустимого приводит к неполной гидратации, а больше допустимого – к образованию пор. В обоих случаях прочностные характеристики конструкции снижаются.

Основные стадии гидратации

Первая стадия гидратации цементного вяжущего – схватывание, протекающее в первые часы после затворения сухих компонентов водой. Время начала схватывания и скорость протекания этого процесса определяют следующие факторы:

Ненадолго отложить начало схватывания позволяет перемешивание пластичного материала. В вязком продукте даже при перемешивании через определенное время начинаются необратимые процессы, которые негативно влияют на прочность отвердевшего элемента. Строители называют такое явление «свариванием бетона». Скорость схватывания и последующего твердения можно изменить введением в состав раствора или бетона пластификаторов и других добавок.

Следующий после схватывания более длительный этап – твердение цемента. Этот процесс, который обычно начинается в течение суток после начала гидратации, может протекать в течение нескольких лет. В течение первых 7 дней созданная конструкция приобретает примерно 70 % прочности. Через 28 дней после заливки раствор или смесь набирают марочную прочность. Она составляет примерно 90-95 % от максимального показателя, для достижения которого требуется несколько лет.

Для получения качественного конечного продукта обеспечивают нормальные условия твердения цемента. Для этого необходимо:

Такие меры, принятые во время твердения цемента, позволят снизить усадку конструкции, избежать появления трещин и деформаций.

Зависимость процесса гидратации от химического состава цемента

Механизмы схватывания и твердения цемента зависят от номенклатуры и процентного соотношения компонентов вяжущего. Некоторые из них начинают взаимодействовать с водой на начальной стадии гидратации, другие – через определенный промежуток времени.

В состав портландцемента входят:

Как можно ускорить или замедлить схватывание и твердение цемента

При проведении строительных работ часто возникают ситуации, требующие сокращения времени схватывания и твердения цемента, решить эту проблему позволяет применение специальных добавок. Они понадобятся при проведении бетонирования в зимних условиях или при необходимости увеличить темпы строительства.

Наиболее популярные присадки-ускорители твердения цемента:

Замедлители гидратации цемента используются в основном при возведении масштабных конструкций – крупноразмерных фундаментов, чаш бассейнов, гидротехнических и подземных объектов.

Функции замедлителей выполняют пластификаторы и гиперпластификаторы. Применение таких добавок позволяет сохранить подвижность бетонных растворов и их рабочие характеристики в течение 24-48 часов после затворения вяжущего водой.

Гидратация цемента – важный процесс, который должен протекать с соблюдением правил, установленных государственными нормативами и проектной документацией для конкретного строительного объекта. Благодаря разработке широко спектра добавок стало возможным регулирование в широких пределах начала и скорости схватывания пластичного материала, его подвижности, прочности на разных стадиях твердения, коррозионной стойкости и других характеристик.

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.

Источник

Процесс твердения бетона — разбираем подробно

Основной вопрос при изготовлении бетона: как достичь расчетной прочности в оптимальные сроки.

Представим в общих чертах, как протекают процессы затвердевания и набора прочности, и какие факторы могут привести к изменениям в них.

Выгоды от применения добавок

Предприятия, производящие железобетонные изделия или выпускающие товарный бетон, пользуются упомянутыми добавками и получают ощутимые преимущества. Ведь добавки позволяют:

Срок твердения бетона

Подавляющее большинство самодеятельных строителей считают по не совсем понятным причинам, что за окончанием укладки в опалубку либо завершением работ по выравниванию стяжки процесс бетонирования законченным. Между тем, время схватывания бетона значительно больше, чем время на его укладку. Бетонная смесь – живой организм, в котором по окончании укладочных работ происходят сложные и протяженные по времени физико-химические процессы, связанные с превращением раствора в надежную основу строительных конструкций.

Прежде чем производить распалубку и наслаждаться результатами приложенных усилий, нужно создать максимально комфортные условия для созревания и оптимальной гидратации бетона, без которой невозможно достижение требуемой марочной прочности монолита. Строительные нормы и правила содержат выверенные данные, которые приведены в таблицах времени схватывания бетона.

Содержащиеся в официальных таблицах данные, конечно, должны служить ориентиром при самостоятельном обустройстве бетонных или железобетонных конструкций. Но применение таких данных должно происходить в плотной практической привязке к реальным условиям строительства.

Стадии набора прочности бетонной конструкцией

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 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.

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

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.

Основным реагентом на стадии твердения является алит. Белит обеспечивает постепенное упрочнение материала в процессе эксплуатации: за счет его свойств прочность материала через 2-3 года может составлять до 250% прочности после твердения.

Стадия схватывания бетона

Эта стадия занимает небольшой отрезок времени – несколько часов. Сколько именно будет проходить схватывание, зависит от температуры окружающей среды. Эталоном считается температура 20 градусов Цельсия – это так называемая расчетная температура. Она позволяет бетону/цементу схватиться через 2 ч после затворения раствора. Сам процесс схватывания занимает 1 ч. То есть примерно через 3 ч после затворения можно сказать, что бетон/цемент схватился. Но если температура равна 0 градусов, данная стадия занимает 15-20 ч. Да и начало схватывания при нулевой температуре приходится на 6-10-й час после затворения смеси. А вот при высоких температурах картина обратная – пропаривание ЖБИ в специальных камерах позволяет ускорить схватывание до 10-20 мин.

На этой стадии можно помешать бетону/цементу окончательно твердеть. Ведь раствор еще остается подвижным, и если его постоянно помешивать, процесс схватывания затягивается – действует механизм тиксотропии. Поэтому раствор доставляют в бетоносмесителе, осуществляющем непрерывное вращение смеси. Так сохраняются ее основные свойства, а будущая надежность и прочность бетона/цемента ничуть не уменьшается.

Однако чрезмерное затягивание времени вращения негативно сказывается на качественных характеристиках бетона/цемента. К сожалению, такие случаи бывают – когда форс-мажорные обстоятельства не позволяют вылить раствор в опалубку, и смесь приходится перемешивать в бетоносмесителях в течение 10-12 ч. Особенно неприемлемы подобные ситуации при жаркой погоде, ведь высокая температура воздуха способствует быстрому схватыванию бетона/цемента. Непрерывное вращение не дает смеси твердеть, однако в ней происходят необратимые изменения, отнюдь не улучшающие эксплуатационные характеристики.

Химия процесса

В составе бетонной смеси цементный камень – продукт реакций гидратации, происходящих при смешивании цемента с водой.

Цемент – основной компонент смеси; от его марки и соотношения с водой зависит прочность готового бетона и скорость его отвердевания.

Водоцементное отношение (В/Ц) – это отношение количества воды затворения к количеству цемента. Оно обычно составляет 0,3-05 и выше.

В состав цемента входят такие соединения, как кальциевые силикаты, алюминаты и алюмоферриты. При смешивании этих соединений с водой начинаются химические реакции, сопровождающиеся выделением тепла (благодаря чему увеличивается скорость протекания реакций гидратации).

Чем быстрее водный раствор насыщается, тем лучше и быстрее происходит кристаллизация, то есть схватывание цемента. Вот почему бетоны с пониженным содержанием воды схватываются быстрее.

Процесс твердения бетона состоит из двух фаз:

Схватывание бетона в условиях оптимальной температуры и влажности окружающей среды начинается через 2 часа и протекает довольно быстро, в течение часа. В этой фазе на бетон можно воздействовать, он остается подвижным.

После окончания первой фазы начинается отвердевание. В оптимальных условиях распалубочная прочность достигается на 7-10-е сутки, расчетная – по истечении 28 дней, затем набор прочности продолжается еще несколько месяцев, но с очень низкой скоростью.

Роль трёхкальциевого силиката

Минерал C3S (формула 3СаО х SiO2) способствует нарастанию прочности бетона/цемента не только в течение 28 дней, но и гораздо дольше. Хотя, конечно, наиболее значимый вклад в дело прочности С3S делает в первый месяц существования бетонной или железобетонной конструкции. Трёхкальциевый силикат выделяет тепло, когда в смесь добавляют воду, затем нагревание прекращается на непродолжительное время и возобновляется с началом стадии схватывания. Вся эта стадия идет с выделением тепла, а в процессе твердения температура постепенно снижается. Именно трёхкальциевый силикат играет главную роль в приобретении стройматериалом прочности несмотря на то, что в первые сутки после затворения смеси в ней более активно действует другой компонент – С3А.

Трёхкальциевый алюминат – самый быстрый компонент

С3А (формула 3СаО х Аl2O3) усилено работает с самого начала стадии схватывания. В первые дни жизни бетонной/цементной конструкции он способствует стремительному нарастанию прочности – его скорость реакции в период схватывания огромна. А вот в стадии твердения и дальнейшем наборе прочности он практически не участвует.

Двухкальциевый силикат – помощник на стадии твердения

C2S (формула 2CaO x SiО2) в течение первых четырех недель бездействует. Стадия схватывания и первичный период твердения цемента происходят без его участия. К концу первого месяца активность его «родственника» – трёхкальциевого силиката – угасает. И двухкальциевый силикат вступает в активную фазу. Его благотворное воздействие на прочность бетона/цемента длится годами, способствуя нарастанию этого качества. Кстати, период «спячки» C2S можно значительно сократить, если использовать специальные добавки в бетонную/цементную смесь.

Инертность четырёхкальциевого алюмоферрита

C4AF (формула 4CaO x Al2O3 x Fe2O3) – минерал, практически не играющий роли в наборе прочности и твердении бетона/цемента. Только на самых поздних сроках твердения он оказывает влияние на увеличение прочности конструкции. Однако воздействие это незначительно.

Все эти компоненты вступают в химическую реакцию с водой при затворении. Данная реакция способствует увеличению, сцеплению и осаждению кристаллов минералов, так что гидратация бетона/цемента – это кристаллизация смеси.

Способы регулирования скорости отвердевания бетона

В зависимости от задач, может потребоваться увеличить или снизить скорость твердения бетона. Можно повлиять на процессы температурно или химически.

Ускорение твердения

Для увеличения скорости твердения, применяют:

снижение водоцементного соотношения (повышение жесткости смеси, что снижает удобоукладываемость);

добавление в бетон специальных добавок-ускорителей.

Как ускорить твердение бетона

Замедление твердения

Когда может понадобиться замедление отвердевания:

при изготовлении высокомарочных смесей, которые застывают очень быстро из-за повышенного содержания вяжущего компонента;

при необходимости транспортировки готовой смеси на дальние расстояния;

при заливке бетона в несколько этапов.

В этих случаях применяют специальные добавки, которые замедляют реакцию гидратации и гидролиза минералов клинкера, откладывая процесс схватывания на несколько часов.

Когда нужно ускорить затвердевание

Процессы схватывания и набора прочности требуют ускорения:

При необходимости производить строительные работы зимой, чтобы уменьшить затраты на прогрев бетона.

Когда нужна ранняя распалубка.

В случае необходимости продолжить строительство раньше, чем через 28 суток.

Для изготовления большого количества мелких бетонных изделий (производство брусчатки, тротуарной плитки).

Для оптимизации прочности.

Схватывание раствора

Для схватывания при низких температурах бетонную смесь готовят из подогретых материалов, используют экзотермические цементы, известь-кипелку, нагревают паром, электротоками или добавляют ускорители твердения. Каждый из способов применяют отдельно или совместно с другими.

Чтобы получить подогретую бетонную массу, ее нагревают до 80-90° С, а наполнители до 40-50° С, после чего конструкцию укрывают утеплителем, и так тепло должно сохраняться в течение двух-пяти суток.

Подогрев конструкций производят паром либо электротоком. А чтобы тепло сохранялось, работы обычно ведут под пленочным покрытием. Электропрогрев производят постепенно: сначала доводят температуру до 70, а затем увеличивают до 220 в. Также пропуская электроток, подогревают и горизонтальную поверхность конструкций.

Таблица наполнителей для различных марок бетона.

Таким образом, прочность зависит напрямую от той температуры, при которой происходит процесс твердения бетона. Схватывание прекращается при температуре ниже нормальной, то есть ниже 0°С, и наоборот, при хорошей влажности и повышенной температуре ускоряется. Часто быстрое твердение бетона обусловлено особенно работами в зимний период либо нагрузить конструкции эксплуатационной нагрузкой.

Для прочности свежеуложенных конструкций необходим следующий уход. Необходимо поддерживать их в состоянии влажности, защищать от сотрясения, ударов, повреждений, резких температурных колебаний. Очень часто низкокачественный бетон приводит к его полному разрушению, несмотря на хороший состав смесей и материалов.

Важно следить за материалом в первое время после укладки, так как в дальнейшем все недостатки только ухудшат состояние и приведут к неотвратимым последствиям. Для этого создают благоприятные температурные и влажностные условия, регулярно поливают поверхность, защищают от солнечных лучей.

Закрывают его влагоемкими покрытиями: мешковиной, брезентом или засыпают слоем опилок или песка на несколько часов после укладки и поливают водой, чтобы поверхность практически всегда оставалась в состоянии влажности. Поливают все это с помощью брандспойтов с наконечниками, разбрызгивающими струю. Все это влияет на качественное схватывание.

Таблица состава бетонной смеси.

Важно, чтобы свежеуложенная бетонная масса, соприкасающийся с интенсивными грунтовыми водами, должен быть изолирован путем отвода воды на время не менее, чем на трое или 14 суток в зависимости от состава цемента.

В жаркое летнее время поливают и деревянную опалубку. Крутые и вертикальные поверхности поливают непрерывным током воды через трубки с мелкими отверстиями (такой способ всегда применяется в жарких странах). Поливка и укрытие бетонных конструкций – весьма затратное дело, поэтому поверхности (дорого, площадки, перекрытия), не подвергающиеся контакту с бетоном, допустимо покрывать специальными защитными пленками (как правило, это разжиженный битум).

Движение по забетонированным конструкциям и установка на них лесов и опалубки допускается в том случае, когда бетон достигает прочности не менее 1,5 МПа. Движение же бетоноукладочных машин и автотранспорта допускается тогда, когда схватывание достигает своей прочности, заложенной проектом производственных работ. Строительная лаборатория утверждает мероприятия по уходу за массами, сроки и порядок их проведения. Регулирование температурных и влажностных условий бетонных конструкций с начала укладки и до момента замоноличивания межблочных швов регламентируются в проекте сооружений и в проекте производства работ.

Как узнать точное время затвердевания бетона?

Сроки полного отвердевания разных видов бетона варьируются в зависимости от состава. Примерное представление о продолжительности процессов твердения бетона с использованием марок цемента М200, М250, М300, М400, М500 и так далее, можно узнать из статей, графиков, специальных таблиц.

Таблица 2. Время застывания бетона на портландцементе М400, М500

Для того чтобы точно узнать, сколько времени понадобится, чтобы получить расчетную прочность бетона, используются два метода:

Узнать точные данные в лаборатории производителя.

Вызвать технолога на объект для взятия проб. Для образцов используют кубические отливки со стороной 10 см, которые должны твердеть в тех же условиях, что и основная конструкция. Затем проводятся испытания разрушающими методами, которые точно показывают марочную прочность бетона и сроки его схватывания и полного отвердевания.

Литература

Время застывания бетона в опалубке

Своевременная распалубка бетона повышает оборачиваемость оборудования для опалубки и оптимизирует сроки строительства.

Распалубочной прочностью называют прочность, достаточную, чтобы снять опалубку и дать стартовую нагрузку. Обычно она составляет 70% от расчетной прочности (или другую величину, оговоренную в проектной документации).

Для не ответственных конструкций, например, стяжек, отмостки и других конструкций, работающих только на сжатие, допустима распалубка на 3–5-й день, по достижении прочности 30–40% от расчетной.

Современные бетоны с добавками могут достигать распалубочной прочности за 1–2 дня.

Тепловой способ

Температурный метод ускорения затвердения бетона базируется на повышении скорости химических реакций гидратации цементной составляющей. В условиях бытовой строительной площадки используется, как правило, традиционный электрический прогрев, а также обогрев разными металлическими электродами, греющими проводами или высокоэффективными тепловыми излучателями. Основной недостаток этого способа заключается в повышенном расходе электроэнергии.

Сколько времени бетон застывает в воде

Твердение в воде – лучшие условия для набора прочности бетона. Непрерывное выдерживание в воде способствует более интенсивному увеличению модуля упругости, чем твердение на воздухе.

При выдерживании бетона на воздухе, на его поверхности, в результате обезвоживания, прекращается реакция гидратации, и образуются ячейки и поры; застывший на воздухе цементный камень имеет больше дефектов структуры, меньшую плотность и более высокую подверженность коррозии.

Механический способ

Традиционный механический домол цементной составляющей способствует значительному увеличению показателей его удельной поверхности, благодаря чему процесс твердения идёт в более интенсивном режиме. Применение любых быстротвердеющих домолотых цементов с добавлением гипса в количестве 2–5% на практике позволяет полностью отказаться от теплового режима обработки бетонов, что вполне целесообразно с экономической точки зрения.

Зависимость уровня набора прочности от показателей температуры материала

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.

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

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.

Источник