Зависимость скорости высыхания бетона и его прочности
| Причина | Скорость твердения бетона | Влияние на прочность |
| Состав цемента | С3А, трёхкальциевый алюминат, формула 3СаО х Аl2O3 — сильно влияет на сроки схватывания цемента | Минерал C3S, трёхкальциевый силикат, формула 3СаО х SiO2. Способствует нарастанию прочности бетона/цемента не только в течение 28 дней, но и гораздо дольше |
| Температура | Сильно влияет | Сильно влияет |
| 0°С | Может достигать 15 — 20 часов | 100% прочность достигается через 4 — 6 месяцев |
| 20°C | Начало схватывания ~ 2 часа, конец схватывания ~ 3 часа. | 100% прочность достигается через 28 дней |
| >60°C | Может достигать 10 — 15 мин | 100% прочность достигается через 1 — 2 дня |
| В/Ц отношение |
Сильно влияет. |
Сильно влияет. Например, В/Ц = 0.5 – 120% В/Ц = 0.6 – 100% В/Ц = 0.7 – 80% |
Например,Температура.
Температура от +3°С до 30°С с момента бетонирования и до набора критической прочности (1 — 2 дня) обеспечит нормальное твердение бетона.
Температура <0°С требует прогрева, т.к. существует риск замораживания до набора критической прочности. Основной момент потери тепла – укладка бетона в опалубку. Самый простой способ удержать начальное тепло и тепло гидратации – укрыть теплоизоляционным материалом (вата, пенопласт) горизонтальные конструкции сверху. Если это не обеспечивает температуру бетона выше 0°С, бетон следует ограждать от окружающей среды и прогревать (например, пленкой).
Большая температура увеличивает риск возникновения трещин, особенно в случае тонких горизонтальных конструкций (полы, перекрытия). При заливке слишком массивных конструкций (например, плита фундамента, мостовой пролет) необходимо снижать перепад температур внутри и снаружи конструкции.
Влажность.
В случае, если цементу недостаточно воды, реакция (схватывание и набор прочности) прекращается, особенно на ранней стадии (первые 7 дней). В период схватывания следует следить за тем, чтобы бетон не терял влажность (укрыть пленкой), после того, как бетон схватился, контроль достаточной влажности обеспечивается постоянным поливом водой. Оптимальная влажность среды для бетона — влажность ≥95%.
Твердение (время схватывания) бетона в зависимости от температуры
Заливка бетона в холодное и жаркое время года требует особых навыков и знаний, т.к. работы с цементной смесью осложняются, а период ее высыхания резко уменьшается или возрастает.
Изменение скорости твердения бетона в зависимости от температуры обусловлено замедлением процессов гидратации и удержанием большого количества жидкости в толще материала.
Главные параметры по которым выбираются добавки для бетонного раствора — это назначение будущей конструкции, температура и сменяемость окружающей среды, потребность в декоре т.е чистовой или черновой слой. СодержаниеДля ускорения застывания и предупреждения дефектов используются специальные строительные приемы, полимерные и противоморозные добавки.
- 1 Стадии набора прочности бетонной конструкцией
- 1.1 Стадия схватывания
- 1.2 Стадия твердения
- 2 Стандартный срок затвердевания бетона
- 3 Зависимость времени набора прочности от марки бетонной смеси
- 4 Специальные добавки
- 5 Набор прочности бетона в зависимости от температуры
- 5.1 При высоких температурах
- 5.2 В прохладное время
- 5.3 При отрицательной температуре
- 6 Снижение вязкости раствора
- 7 Зависимость уровня набора прочности от показателей температуры материала
- 8 Рекомендации по ускорению процесса
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.
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.
Стандартный срок затвердевания бетона
Стандартное время застывания бетона составляет 28-30 дней. Нормальные условия для отверждения — температура +15…+22°С и влажность 60-100%. Длительность отверждения зависит от условий процесса, марки бетона и наличия дополнительных добавок в растворе.
Корреляция прочности бетона с временем выдерживания и температурой среды.Зависимость времени набора прочности от марки бетонной смеси
Повышение прочности бетона на сжатие коррелирует с увеличением вязкости смеси.
Это означает, что с увеличением марки материала время схватывания и твердения сокращается.
Продолжительность реакций для бетона разных марок
| Марка материала | Время схватывания, часов | Время твердения, суток |
| М100 | 3-3,5 | До 30 |
| М200 | 2-2,5 | 14-25 |
| М300 | 1,5-2 | 7-14 |
| М400 | 1-2 | 4-7 |
| М500 | 2-4 |
Продолжительность набора прочности зависит от состава смеси, влажности, температуры внешней среды и материала.
Марка и назначение раствора определяют и критическую прочность бетонного камня. Это значение, по достижении которого конструкция продолжит твердеть после замерзания без потери эксплуатационных свойств. Данный показатель зависит от марки следующим образом:
- для бетона М100 и М150 он соответствует 50%;
- для М200, М250, М300 и М350 — 40%;
- для М400, М450 и М500 — 30%;
- для нагруженных конструкций (вне зависимости от марки) — 70%.
Если в момент замерзания образец имеет соответствующий уровень прочности на сжатие, то температурные перепады незначительно повлияют на его прочность. При замерзании на ранних стадиях твердения без применения противоморозных добавок прочность готовой конструкции падает не менее чем на 50%. Например, для марки М200 критической точкой прочности является 80 кгс/см² или 8 МПа.
Наиболее часто для фундаментов и нагруженных конструкций используются марки бетона от М300. Снятие опалубки со стандартных конструкций допускается через 4-5 дней при наличии щелей между щитами формы и бетоном. Для перекрытий и лестниц длиной не более 6 м время выдержки продлевается до 14 дней, для длинных лестниц — до 28 дней. Мосты, дамбы и другие ответственные и тяжело нагруженные конструкции выдерживаются в форме до 90 дней.
Специальные добавки
Стремительное или слишком медленное схватывание и твердение смеси снижает прочность бетона. Медленное застывание дополнительно увеличивает расходы на уход за конструкцией. Для коррекции скорости отверждения применяются добавки, которые регулируют кинетику процесса.
Существует два типа добавок, регулирующих процесс твердения раствора:
- Ускоряющие. Реагенты этого типа сокращают время до начала схватывания на 30-40%, ускоряют затвердевание и улучшают прочностные свойства материала. Они добавляются в смесь при промышленной штамповке бетонных изделий, заливке фундаментов, перекрытий и иных строительных конструкций при пониженных температурах. Наиболее дешевые ускоряющие добавки — это хлористый кальций и поташ (углекислый калий). В перечень востребованных строительных составов для ускорения отверждения входят: Релаксор, Аддимент В3, Форт-УП2, Поззолит-100, Конкрит-Ф и др.
- Замедляющие. Пластификаторы и замедлители схватывания положительно влияют на удобоукладываемость и подвижность раствора. Они применяются при доставке бетона в передвижных смесителях, задержках в строительстве и заливке конструкций при температуре выше +25…+30°С. Пластифицирующие свойства замедлителей позволяют отказаться от виброуплотнения при укладке бетона с малой подвижностью. Наиболее распространенными замедляющими добавками являются НТФ-кислота, цитрат и глюконат натрия, Линамикс, SikaPlast 520 N, Frem Linas 200 и др.
Они применяются при доставке бетона в передвижных смесителях, задержках в строительстве и заливке конструкций при температуре выше +25…+30°С. Пластифицирующие свойства замедлителей позволяют отказаться от виброуплотнения при укладке бетона с малой подвижностью. Наиболее распространенными замедляющими добавками являются НТФ-кислота, цитрат и глюконат натрия, Линамикс, SikaPlast 520 N, Frem Linas 200 и др.При заливке в условиях низких температур используются противоморозные реагенты. Они понижают температуру замерзания воды, препятствуя ее фазовым переходам при 0…+4°С.
В зависимости от вида и концентрации добавок они позволяют работать с бетонным раствором при температуре до -15…-25°С. К морозоустойчивым реагентам относятся нитрит натрия, нитрат-нитрит кальция, карбамид и др.
Набор прочности бетона в зависимости от температуры
Температура окружающей среды определяет скорость реакций, которые формируют бетонный камень. Повышенная температура воздуха смещает баланс в сторону испарения жидкости, а пониженная — тормозит процессы гидратации в растворе.
При высоких температурах
В сухом и горячем воздухе испарение воды происходит быстрее, а оставшейся жидкости может не хватить для полноценной гидратации. В результате снижается надежность конструкции, а ее прочность на сжатие в верхних и центральных слоях существенно различается.
Для профилактики неравномерности и быстрого высыхания в бетон добавляются замедляющие добавки, а готовая конструкция смачивается в процессе застывания.
Высокая температура и влажность применяются при производстве стандартных бетонных изделий в автоклавах. Такие условия обеспечивают быстрое схватывание и максимальное твердение конструкций.
В прохладное время
При низких температурах раствор долго схватывается, а затем в течение длительного времени остается хрупким по сравнению с марочной прочностью.
Химические реакции происходят до температуры фазовых превращений воды.
При отрицательной температуре
Когда температура среды опускается ниже 0°С, вода замерзает, а гидратация в растворе — прекращается. При прогреве воздуха процесс отверждения возобновляется, но прочность конструкции после перерыва может снизиться.
Набор прочности бетона при различных температурах
| Срок застывания, суток | Доля от 28-суточной прочности, достигнутой при оптимальных условиях твердения | |||||
| При -3°С | При 0°С | При +5°С | При +10°С | При +20°С | При +30°С | |
| 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 | |
В таблице рассмотрен набор прочности материала марок М200 и М300.
Снижение вязкости раствора
Во время схватывания бетонный раствор сохраняет свою пластичность. При движении в стационарной или подвижной бетономешалке смесь проявляет свойство тиксотропии — уменьшения вязкости состава при постоянной динамической нагрузке.
Характеристики действия пластификаторов на примере одного из наиболее популярных.Слишком длительное перемешивание приводит к «перевариванию» бетона и снижению конструктивной прочности готовой конструкции. Чтобы сохранить подвижность раствора и избежать негативных эффектов, в смесь добавляются пластификаторы. Они удлиняют периоды схватывания и застывания.
Снизить вязкость смеси на стадии затвердевания нельзя. Механическое воздействие на застывающий бетонный камень приводит к формированию дефектов и растрескиванию конструкции. До достижения минимально допустимого уровня прочности застывающий бетон следует предохранять от ударов, вибрации и др.
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.
При температуре менее 10°С рекомендуется подогревать воду, которая применяется для изготовления. Если показатель термометра соответствует -5…0°С или ниже, то необходимо подогревать и мелкий наполнитель (речной песок).
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
| Вид цемента | Максимальная температура воды для затворения, °С | Предельная температура наполнителя, °С | Максимальная температура бетонного раствора после вымешивания, °С |
| Глиноземистый | 40 | 20 | 25 |
| Портландцемент марки М400 и выше Пуццолановый цемент марки М300 и выше | 60 | 40 | 35 |
| Портландцемент марок М300 и М350 Цемент с пуццоланой М200 | 80 | 50 | 40 |
| Шлакопортландцемент М200 и М300 | 90 | 60 | 45 |
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.
Таблица 1 Время схватывания бетона при различной температуре
Таблица 1 Время схватывания бетона при различной температуре Начальная деформация, согласно определению ACI 116R, представляет собой степень жесткости
смесь цемента меньше, чем окончательный набор, обычно указывается как эмпирический
значение, указывающее время в часах и минутах, необходимое для цемента
пасты для достаточного затвердевания, чтобы сопротивляться в установленной степени проникновению
взвешенной тестовой иглы.
Время схватывания бетона при различных температурах
приведена в таблице ниже:
Таблица 1 Время схватывания бетона при различной температуре
| Температура | Приблизительное время установки (часы) |
| 100 или Ф (38 или С) | 1-2/3 |
| 90 или Ф (32 или С) | 2-2/3 |
| 80 или F (27 или С) | 4 |
| 70 или Ф (21 или С) | 6 |
| 60 или F (16 или С) | 8 |
| 50 или F (10 или С) | 11 |
| 40 или F (4 или С) | 14 |
| 30 или F (-1 или С) | 19 |
| 20 или Ф (-7 или С) | Установка не произойдет |
Влияние температуры на замедление времени начального схватывания
Температура может отрицательно сказаться на наборе прочности бетона. Тем не менее, правильное отверждение бетона в холодную погоду повысит прочность бетона. разработка. Жаркая погода определяется как любая комбинация высокой температуры окружающей среды. температура, высокая температура бетона, низкая относительная влажность и ветер скорость. Холодный период, как определено Комитетом 306 ACI, это когда одно из следующих условий происходит в течение трех дней подряд:
- Среднесуточная температура воздуха ниже 40 o F
- Температура воздуха не выше 50 o F в течение более чем половины любого 24-часового периода.
Влияние температуры бетона и замедления времени схватывания
данные PCA в таблице ниже. Из графика делается вывод, что
эффект замедления более выражен при более высокой температуре бетона
используется.
Замедление времени схватывания зависит от типа добавок использовал. На приведенной ниже диаграмме показано влияние различных лигносульфонатов. (1 и 2) и карбоксильных (3 и 4) примесей на время схватывания.
Время добавления добавки в шихту здесь существенно и может повлиять на окончательные результаты. Большее замедление может иметь место, если примесь добавляется в качестве последнего ингредиента, и цемент влажный.
Влияние дозировки на замедление времени первоначального схватывания
Более высокие дозы можно использовать до определенного уровня только до того, как
происходит быстрое затвердение и потеря упругости. Эта примесь чувствительна к
температура окружающей среды при введении в партию.
Чем ниже окружающая среда
температуры, тем дольше будет время схватывания бетона.
следующий рисунок используется для оценки времени начального схватывания в соответствии с
дозировка замедлителя схватывания и температура окружающей среды бетона.
Температура отверждения бетона имеет значение
Независимо от того, жаркие или морозные условия, идеальная температура отверждения бетона должна поддерживаться на уровне около 55°F для достижения оптимальной прочности бетона.
Восстановление плотины Гувера На момент завершения строительства в 1935 году плотина Гувера была самой большой плотиной в мире и чудом труда и инженерной мысли. Первая заливка началась 6 июня 1933 года. Вместо того, чтобы представлять собой единый бетонный блок, рабочие построили плотину в виде ряда отдельных колонн.
Трапециевидные колонны возвышались на пять футов. Этот метод позволил рассеять огромное количество тепла, выделяемого твердеющим бетоном. Если бы плотина была построена за один раз, бетон стал бы настолько горячим, что потребовалось бы 125 лет, чтобы бетон остыл до температуры окружающей среды. Возникшие напряжения привели бы к тому, что плотина треснула и разрушилась.
Жара и сухость Невады создали дополнительные сложные проблемы с температурой заливки и твердения бетона. Когда бетон был впервые залит, речная вода циркулировала через охлаждающие змеевики из тонкостенных стальных труб диаметром 1 дюйм. Как только бетон получил первое начальное охлаждение, охлажденная вода из холодильной установки на нижней перемычке циркулировала через змеевики для завершения охлаждения.
Затвердевание бетона — это искусство Мы живем в мире, где быстрее всегда кажется лучше; однако бетон, который отверждается слишком быстро или в условиях отверждения горячего бетона, на самом деле может привести к получению слабого или нестабильного бетона.
Если бетон затвердевает при более низких температурах окружающей среды (от 32°F до 50°F) при постоянном присутствии влаги, набор прочности будет медленным, но в конечном итоге бетон достигнет высокой прочности. Бетон не должен нагреваться выше 90°F или высыхать в течение периода отверждения.
Под «наилучшей» мы подразумеваем «самую тщательную», а не самую быструю. Высокие температуры означают более быстрое отверждение, но быстрое отверждение в конечном итоге означает меньшую прочность. Следующее исследование, проведенное Полом Клигером в Исследовательском бюллетене Portland Cement Association 103 , иллюстрирует эту концепцию.
Таблица времени отверждения бетона с температурой
В возрасте 1 дня бетон при температуре 120°F был самым прочным, а бетон при температуре 25°F – самым слабым. К 7 дням бетоны, отвержденные при высокой температуре, имели прочность не выше, чем у бетона при температуре 73°F, или даже меньше.
К возрасту 28 дней высокотемпературные бетоны были слабее, чем бетоны с температурой 73°F. От 28 дней до 1 года бетон с температурой 55°F был значительно прочнее, чем бетон с температурой 73°F. Все это говорит о том, что при условии непрерывного отверждения бетон, отвержденный при температуре около 55 ° F в течение первых 28 дней, в конечном итоге достигает максимальной прочности (бетон).
Бетонирование в жаркую погоду зависит не только от температуры. Высокие температуры окружающей среды, ветер и относительная влажность — все это играет роль в «жаркой погоде». В условиях горячего вереска основная проблема отверждения заключается в том, чтобы верхняя часть бетонной плиты высыхала намного быстрее, чем нижняя. По мере высыхания бетон дает усадку. Это означает, что верхняя часть будет сжиматься, а нижняя — нет. Это создает внутренние проблемы с бетоном, что приведет к повреждению плиты. Верх и низ заливки должны отверждаться с одинаковой скоростью (укладка).
Компания North Slope Chillers производит портативное охлаждающее оборудование, которое защищает только что залитый бетон от нагревания. Портативные, изолированные и эффективные чиллеры North Slope эффективно регулируют температуру бетона как в обычных, так и в жарких условиях.
Циркуляционное одеяло Fluxwrap сочетается с охладителем или охладителем для достижения оптимальных результатов. Циркуляционное одеяло отводит тепло к одеялу для охлаждения бетона.
- Используйте запатентованную технологию Powerblanket для распределения тепла в обратном порядке: охлаждающее покрывало отводит тепло и снижает температуру бетона.
- Одеяло и изоляция такие же, как прочная система, используемая в нагревательных изделиях Powerblanket .
- Портативный
- Контроль скорости отверждения только что залитого бетона даже в жарких условиях
Можно ли заливать и выдерживать бетон зимой? Одеяла Powerblanket для отверждения бетона обеспечивают удобный способ эффективного и надежного отверждения бетона в холодные месяцы.
Даже в теплую погоду одеяла для полимеризации Powerblanket увеличивают производительность за счет быстрого полимеризации с постоянным равномерным нагревом.
- Бетон отвердевает в 2,8 раза быстрее, чем обычные изолирующие покрытия
- Обеспечение прочности бетона в холодную погоду до 3925 фунтов на квадратный дюйм за 72 часа
- Поддержание влажности на протяжении всего процесса увлажнения
- Легко устанавливается и удаляется
- Предотвратить цикл замораживания
- Оттаивание грунта и инея с рабочей площадки перед заливкой
- Сокращение времени простоя и повышение прибыльности
- Соблюдение требований ACI для бетонирования в холодную погоду
Powerblanket понимает, что значит работать над крупными бетонными проектами, когда погода и температура не благоприятствуют этому. От Статуи Свободы до крупного межгосударственного моста в Канзас-Сити — мы участвовали в акции и доказали, что наша продукция является лучшей в отрасли.