Azu54.ru

Строительный Инструмент
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как бетон набирает прочность и; как ускорить твердение

Как бетон набирает прочность и как ускорить твердение

После завершения монолитных работ наступает достаточно продолжительный этап выдержки и набора железобетонными конструкциями прочности. Мы расскажем, в каком уходе нуждается бетон во время твердения, как его ускорить и какие физико-химические явления сопровождают этот процесс.

Как бетон набирает прочность и как ускорить твердение

Процесс набора

Физико-химические реакции гидратации создают новые монолитные соединения, которые придают материалу свойства искусственного камня. Новое качество формируется в течение многих суток (окончательно примерно через полгода) и в идеале прочностные свойства бетонной конструкции должны соответствовать бетону определенного класса и марки. По времени процесс вызревания камня имеет две последовательные стадии: начальная — схватывание, и завершающая — твердение. По его завершении бетон может нагружаться.

Схватывание

Схема возможного расслоения бетонной смеси: а — в процессе транспортирования и уплотнения, б — после уплотнения; 1 — направление, по которому отжимается вода, 2 — вода, 3, 4 — мелкий и крупный заполнители.

Бетоном пользуются не сразу после затвердения, так как может потребоваться некоторое количество времени, чтобы довезти материал до объекта. Смесь должна оставаться подвижной, чему способствует механическое перемешивание раствора в миксере автосмесителя. Тиксотропия позволяет сохранить основные свойства смеси до ее заливки, откладывая старт начальной стадии созревания. Однако следует знать, что если время затянуть или температура поднимется, развивается необратимый процесс «сваривания» раствора, в результате которого занизятся его характеристики.

Длительность схватывания находится в зависимости от температуры воздуха — от 20 мин. до 20 часов. Наибольшая продолжительность данного процесса зимой при температурных значениях около 0 град. Заливка фундамента в этот период будет сопровождаться удлинением интервала начала схватывания от 6 до 10 часов, а сама стадия растянется на 15 – 20 ч.

Оптимально заливать бетон в форму при 20 градусах. Тогда при условии, что раствор затворен за час до заливки, схватывание начнется через один час и завершится через 60 мин. Жаркая погода способствует практически моментальному схватыванию раствора за 10 – 20 мин.

Твердение

Оптимальное течение гидратации при твердении раствора: температурный коридор от 18 до 20 град., влажность близкая к 100%. Отклонения от данных параметров в значительной степени изменяют скорость твердения камня. Полное вызревание бетона длиться несколько лет.

Вместе с тем на этой стадии скорость твердения закономерно изменяется со временем. К примеру, для бетона М300 к концу 3-го дня она достигает 50%, на 14–й день составляет до 90%, а на 28 день — 100%. Далее через три месяца прочность повышается еще на 20%, а через 3 года может стать на 100% больше, чем была к концу 28 суток после затворения.

Читайте так же:
Как выложить кирпич без цемента

Гидроизоляция бетона
жидким стеклом

жидкое стекло

Жидкое стекло представляет собой водный раствор силикатов натрия – Na2O·nSiO2 или калия – K2O·nSiO2.

Качество жидкого стекла оценивают по плотности, вязкости раствора и модулю стекла (2,6-4,0), который равен отношению числа грамм-молекул кремнезема к одному грамм-молю оксида натрия или калия. С увеличением модуля повышаются клеящие свойства жидкого стекла и стойкость изделий к кислотам.

Приготовление жидкого стекла

Технология получения жидкого стекла включает сплавление смеси кварцевого песка с карбонатом натрия (калия) или сульфатом натрия (калия) при температуре 1300-1400 °С, охлаждение расплава и его растворение паром под давлением 0,6 — 0,8 МПа в автоклаве.

Растворимое стекло затвердевает только на воздухе. Сущность процесса заключается в испарении воды, повышении концентрации свободного коллоидного кремнезема, его последующей коагуляции и уплотнения.

Само по себе жидкое стекло твердеет очень медленно вследствие образования на его поверхностных слоях плотной пленки, препятствующей проникновению СО2 во внутренние слои и их высыханию. Поэтому для ускорения твердения применяют различные катализаторы, главным образом кремнефтористый натрий.

Наибольшее распространение получило более дешевое натриевое стекло, хотя по свойствам калиевое более ценно.

Применение жидкого стекла

Проявление жидким стеклом вяжущих свойств, обусловливает его использование в качестве связующего в составе композиционных материалов.

Жидкие стекла применяются в качестве компонента цементов — гетерогенных систем, включающих наряду с растворами силикатов тонкодисперсные порошки. Порошки образуют с жидкими стеклами химически взаимодействующую композицию (цемент). В таких цементах жидкое стекло является жидкостью затворения порошковой части. Цементы на основе водорастворимых силикатов идут на изготовление композиционных материалов и покрытий различного назначения.

Следует уточнить, что понимают под вяжущими свойствами жидких стекол. Это уровень прочности искусственного камня, полученного при твердении цемента на основе жидкого стекла (жидкое стекло+тонкодисперсные порошки+добавки различного назначения), или композиционного материала на основе жидкого стекла или жидкого стекла с отвердителем. Вяжущие свойства жидкого стекла отождествляют также со значением его адгезии к подложкам различной природы.

Исходя из классификации строительно-технических свойств строительных вяжущих веществ, жидкое стекло относят к «воздушным вяжущим», поскольку искусственный камень на его основе неводостоек — разупрочняется при хранении в воде. Однако специальными приемами водостойкость такого камня может быть значительно повышена, прежде всего, за счет правильного выбора отвердителя, использования термического отверждения, введения добавок-модификаторов и т.д.

Водостойкость композиционных материалов на жидких стеклах зависит от значения силикатного модуля и заметно повышается при превышении значения 3,3. Дальнейшее повышение модуля приводит к повышению водостойкости материала на основе щелочных силикатов, которая монотонно возрастает в области полисиликатов (при n>4,0), однако в этой области наблюдается ослабление вяжущих свойств.

Читайте так же:
Мергель для производства цемента

Ускорение схватывания цемента

Прибавление раствора жидкого стекла к воде затворения цемента ускоряет процесс его схватывания и твердения, что имеет большое практическое значение, например, при зимних бетонных работах. Скорость твердения цементных растворов зависит от состава жидкого стекла и в особенности от содержания в нем кремнезема. Чем выше кремнеземистый модуль жидкого стекла, тем эффективнее происходит его взаимодействие с цементом.

Прибавление к цементному раствору 2 % жидкого стекла ускоряет начало схватывания в 3 раза, а конец схватывания больше чем в 4 раза. Но прочность затвердевшего раствора в этом случае несколько снижается. Дальнейшее прибавление жидкого стекла в количествах до 10 % совершенно не ускоряет начала схватывания, конец же схватывания ускоряется в 6 раз.

Полимерцементные составы

Хорошо зарекомендовали себя при гидроизоляции подземных железобетонных конструкций цементные сложные композиции, включающие для обеспечения заданных свойств до пяти ингредиентов: цемент, песок, синтетический латекс, жидкое стекло, эмульгатор. Основное преимущество таких полимерцементных материалов экологическая безопасность.

Инъекционные составы

Жидкое стекло применяется для укрепления, уплотнения (силикатизации) слабых грунтов на строительных площадках. Вначале в грунт под давлением закачивают раствор хлористого кальция определенной концентрации, затем жидкое стекло. В результате реакции этих веществ образуются плохо растворимые соединения, которые повышают механическую прочность грунтов.

Добавление жидкого стекла в бетон

Бетон с добавками жидкого стекла не рекомендуется для гидроизоляции, так как со временем жидкое стекло вымывается из бетона, оставляя после себя поры, нарушающие герметичность бетона.

Недостатки

Это прежде всего высокая проницаемость жидкостей в композициях на его основе, нестойкость против воздействия растворов щелочей и относительно невысокая водостойкость. Снижают проницаемость и повышают водостойкость композиций введением различных добавок. Модифицируют свойства жидкого стекла в процессе приготовления композиций.

Производители добавок-ускорителей твердения: российские и зарубежные

На рынке представлены как отечественные, так и зарубежные производители. У них будут преимущества и достоинства, используемые в повседневном строительстве. Среди лидеров российских компаний можно выделить:

  • Асилин-12;
  • Релаксор;
  • Форт УП-2.

Каждый из них создается для конкретных задач. Зарубежные фирмы обеспечили потребителя:

  • Addiment BE2;
  • Cementol Omega P;
  • Tiksocret P.

Вообще, ассортимент добавок довольно большой. Решение сложностей при строительстве требует определенных качеств от применяемых компонентов, достижение которых напрямую связано с назначением и заложенными свойствами. Выделить среди всех что-то одно не получится именно по этим причинам.

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

  • уменьшить потребление электричества и газа, поскольку сроки пропаривания ЖБИ сокращаются;
  • снизить трудозатраты на вибрирование;
  • увеличить скорость оборачивания опалубки (формоснастки);
  • сэкономить цемент;
  • улучшить эксплуатационные качества товарного бетона и ЖБИ.
Читайте так же:
Можно ли сделать цементный раствор без песка

Стадия схватывания бетона

2055134_3

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.

Стадия твердения бетона

Как только стадия схватывания бетона/цемента закончена, наступает стадия твердения. Смесь лежит в опалубке, она схватилась и теперь твердеет. Поскольку в нормативах прописано время твердения 28 дней, многие считают, что это окончательный срок. На самом деле процесс твердения и набора прочности товарного бетона или ЖБИ идет годами. 28 суток – это регламентированный срок, позволяющий использовать бетонные изделия с некоторой гарантией. За эти четыре недели прочность бетона/цемента нарастает весьма динамично, а далее увеличение твердости происходит малыми темпами. Так получается благодаря входящим в состав смеси компонентам, обеспечивающим ее гидратацию.

Компоненты бетона

При затворении цементного/бетонного раствора его основные компоненты вступают в реакцию с водой. На стадиях схватывания и твердения их поведение значительно различается. Одни ингредиенты сразу же при затворении вступают в реакцию с жидкостью, другие – спустя время, третьи не проявляют активности вовсе. Вот компоненты бетонной/цементной смеси:

  • трёхкальциевый силикат – C3S;
  • двухкальциевый силикат – C2S;
  • трёхкальциевый алюминат – C3A;
  • четырёхкальциевый алюмоферрит – C4AF.
Читайте так же:
Гост цемент для строительных работ

Роль трёхкальциевого силиката

5506134_2Минерал 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.

Усовершенствование качеств бетона

Многочисленные лаборатории и институты подробно изучают процесс гидратации в целом и отдельные его этапы. Благодаря этому производители могут влиять на многие показатели:

  • начало и конец схватывания смеси;
  • ее подвижность;
  • морозостойкость;
  • водонепроницаемость;
  • стойкость к коррозии;
  • прочность и т.д.

Основная роль в оказании такого влияния принадлежит специальным добавкам в бетон/цемент. А современное оборудование, осуществляющее точное дозирование и тщательное перемешивание, помогает достичь отличных результатов по однородности состава бетона/цемента.

Читайте так же:
Композитный цемент для фиксации вкладок

Условия твердения бетона

Твердение бетонаДля твердения бетона, обычно, требуется плюсовая температура среды, как и достаточная относительная влажность. При отрицательных температурах твердение тоже возможно, но только при условии введения в смесь обильного количества добавок, снижающих температуру замерзания воды (в роли добавок обычно используют хлористые натрий или кальций), но допустимо это лишь для бетона неармированного.

От влажности среды и ее температуры, при которых происходит твердение бетона, а также принятой технологии, выделяют: обычное твердение при относительной влажности 60-80% и температуре воздуха от 15 до 20°; замедленное твердение при пониженных и отрицательных температурах; твердение ускоренное — при повышенных температурах, использовании быстротвердеющих цементов, введении химических добавок, комбинировании твердения: частично при нормальной, частично при повышенной температурах.

От чего зависит прочность при твердении бетона?

Прочность бетона при тверденииПри нормальной температуре процесс твердения бетона происходит обычно летом, во время бетонирования монолитных сооружений. Твердение — процесс непрерывный, но теряющий интенсивность с течением времени. Рост прочности будет различным для разных бетонов и цементов.

Если принять за единицу коэффициент прочности обычного портландцемента возрастом 28 дней, твердевшего в нормальных условиях, можно провести ориентировочные подсчеты набора прочности различными видами бетона.

Данные о росте прочности бетона возрастом 180 дней, с учетом минералогического состава, входящего в цемент: бетон на основе алюминатных портландцементов, содержащих СЗА более 12%, прочность увеличивается не более чем на десять процентов; на основе алитовых цементов, с содержанием C3S более 50% и СЗА менее 8% — от 15 до 30 процентов; на портландцементах, содержащих C4AF более 14%, шлакопортландцементе, пуццолановом портландцементе, — от сорока до восьмидесяти процентов.

От чего зависит скорость твердения бетона?

При пониженных температурах процесс твердения бетона замедляется, при минусовых — прекращается.

Повышенные температуры вызывают ускорение твердения; используется этот фактор при бетонировании зимой, а также, преимущественно, на предприятиях железобетона сборного. При расчете режима прогрева бетона нужно добиваться максимального ускорения оборачиваемости дорогостоящих и металлоемких формующих установок и форм.

Как ускорить затвердение и возможно ли это?

Иногда в процессе строительства необходимо ускорить схватывание бетона. Распространенным способом заводского ускорения считается автоклавная обработка и запарка, во время которой на смесь оказывается воздействие высокими температурами во влажной среде. На месте уменьшить сроки застывания помогут специальные добавки-модификаторы. Чаще всего используют соли азотной кислоты, сульфат натрия, хлорид кальция. Ускорить затвердение под силу обыкновенным портландцементам, но при условии, что к ним будет добавлен вибродомол в мокром или сухом виде.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector