Высокая и предсказуемая прочность бетонного монолита — неоспоримый факт, именно это свойство бетона делает его основным материалом современного строительства. Процесс трансформации пластичного бетонного раствора в прочный монолит — твердение бетона происходит при определенных условиях. Задача строителя состоит в том, чтобы сделать его предсказуемым, получить монолит с заданной прочностью и долговечностью.
Особенности и условия твердения бетона
Процесс твердения бетона связан с гидратацией связующего вещества, цемента. При контакте с водой цемент начинает превращаться в плотно спаянную массу, при этом происходит образование цементного молочка, выделение тепла, формирование плотного и быстро твердеющего бетонного камня. Цементное молочко постепенно вытесняется наверх, а вода и гидратированный цемент формируют монолит.
Если в цемент и воду не добавлять объемные наполнители, бетонный камень окажется парадоксально прочным — в нем возникнут внутренние и поверхностные напряжения. Частицы наполнителя, гравия, песка и щебня распределяют прочность монолита по всему объему. При твердении возникает дополнительный эффект усадки:
- поверхность бетона высыхает быстрее, чем внутренний объем;
- при высыхании и первичном твердении происходит уменьшение объема, поэтому поверхностный слой сжимается быстрее внутренних;
- из-за разницы в скорости усадки на поверхности появляются усадочные трещины, которые могут дойти до ядра монолита и нарушить его однородность.
Строительные стандарты СНиП 52-01-2003 жестко ограничивают глубину усадочных трещин, которая не должна превышать 0,2 — 0,4 мм. При превышении этого значения монолит с высокой вероятностью утратит прочность.
Нормальная гидратация происходит при определенном соотношении воды и цемента и растворе. Это называется водоцементным соотношением и определяется как 0,3. Точнее и понятнее — для нормальной гидратации необходимо, чтобы масса воды составляла 30 % от массы цемента, В/Ц = 0,3. При показателе В/Ц = 0,25 и ниже гидратация идет на пределе минимума или происходит неравномерно, бетон комкуется, молочко не выделяется, твердение и набор прочности выходят из-под контроля.
Твердение и набор прочности бетона
Это не один процесс, твердение и набор прочности идут параллельно и зависимо. Пока бетон остается пластичным, происходит частичное поглощение воды цементом, частичное испарение. Для каждого класса бетона имеется определенный период первичного схватывания:
- В15 при марке М200 — 2 — 2,5 часа;
- В22,5 при марке М300 — 1,5 — 2 часа;
- В30 при марке М400 — 1 — 2 часа.
Температура и схватывание непосредственно связаны. При температуре около +20 С скорость схватывания будет соответствовать графику, при 0 С процесс начнется только через 4 — 5 часов и будет продолжаться около 10 часов. Заметное замедление схватывания начинается при температуре ниже +10 С.
Промерзание твердеющего бетона может привести к потере прочности наполовину. Если монолит уже достиг состояния критической прочности (минимальной), то после промерзания и оттаивания он продолжает твердеть нормально. Показатель критической прочности определяется в лаборатории, для бетонов разных классов он составляет от 30 до 50 % — чем выше класс, тем ниже критическая прочность. Например, для бетонов В7,5 и В10 это 50 % (половина полной прочности), для В30 и В40 — 30 %. Есть еще и распалубочная прочность 70 % — это тот показатель, при котором допускается снятие опалубки. Для каждого бетона есть определенный срок достижения критической и распалубочной прочности при условии, что был сохранен режим влажности и температуры.
Обратный эффект — ускоренное схватывание в жару тоже не несет ничего хорошего. Если бетон перевозят готовым раствором, заполняют сложные формы, то при температуре +30 С раствор может потерять пластичность, часть воды испарится, часть окажется поглощенной цементом.
Для предотвращения замедленного и ускоренного схватывания используются добавки в бетон. В жару это может быть Линамикс, Пилопаст, Сика Ретардер и другие. В холод и мороз добавляют 4% солей азотной кислоты, 2% сульфата натрия и 3% хлорида кальция, рассчитывая соотношение к общей массе бетонного раствора. При использовании ускорителей схватывания следует соблюдать осторожность, они могут негативно воздействовать на арматуру. Наиболее безобидным при соблюдении пропорции считается сульфат натрия.
Набор прочности идет одновременно с твердением и занимает обычно около месяца. По стандартам контрольный срок составляет 28 дней при нормальных условиях. Какие условия считать нормальными, и как регулировать процесс твердения?
Как помогать бетону твердеть правильно
Из написанного выше можно понять, что температура и влажность играют решающую роль в процессе превращения бетонного раствора в монолит. В проектном и частном строительстве разные возможности и разные способы решения этих задач. При крупном строительстве в холодное время бетон прогревают, используют шатры и большие покрытия с обогревом воздуха, постоянно подают воду на поверхность. В промышленном процессе изготовления ЖБИ используется автоклавирование — нагрев раствора в форме с пропариванием, позволяющий достичь рабочей прочности за несколько часов.
В частном строительстве важно:
- вести монолитные работы в теплое время года, при температурах от 15 до 25 С, с запасом времени примерно в месяц — полтора до наступления холодов;
- после заливки укрыть поверхность бетона влагонепроницаемым материалом, пленкой, предварительно залив бетон водой;
- следить за появлением цементного молочка на поверхности — это означает, что бетон защищен слоем воды от избыточного испарения;
- избегать экономии — самостоятельно сделанный своими руками бетонный раствор чаще всего ведет себя непредсказуемо.
Использование добавок и состав бетонного раствора
При приготовлении бетона под заливку важно точно соблюдать пропорции, особенно водоцементное соотношение. Количество и качество заполнителей тоже имеет большое значение для прочности. Соблюдение этих требований, как и грамотно организованный процесс доставки бетона в миксере возможно только при промышленном производстве раствора. На нашем предприятии можно заказать бетон для частного и проектного строительства, подбетонной подготовки, заливки фундаментов и несущих конструкций с добавлением пластификаторов, противоморозных добавок, ускорителей и замедлителей твердения. Качество компонентов и раствора контролируется по ГОСТ.
