Час схоплювання бетону: хімічна і фізична моделі. час
За якийсь час схоплюється бетон? Які процеси протікають в ньому під час перетворення напіврідкого розчину в твердий матеріал? Як на ці процеси впливає температура атмосферного повітря? Давайте розбиратися.
Схоплювання: хімія і фізика
Для начала давайте выясним, что это за процесс - схватывание бетона, как он протекает с точки зрения химических реакций и физической модели (см.также статью «Бетонные столбики – важный элемент строительства»).
Уточнимо: всі процеси в бетоні, строго кажучи, правильніше називати гидратацией цементу. Зі зрозумілих причин куди більш стійкі хімічно кварцовий пісок і щебінь в реакцію не залучаються.
Хімічна модель
При контакті портландцементу з водою одночасно запускається кілька хімічних процесів, що зводяться до перетворення окисів і солей алюмінію і кальцію в, відповідно, гідроалюмінати і гідросилікати.
Основні реакції мають такий вигляд:
- 3CaO*Al2O3+6H2O -> 3CaO*Al2O3*6H2O.
- Ca2SiO4+H2O -> Ca2SiO4*H2O.
- 3CaO*SiO2+H2O -> 3Ca2SiO4*H2O+Ca(OH)2.
Всі три реакції протікають з виділенням незначної кількості тепла. Повна гідратація цементу вимагає його змішування з водою в пропорції 1: 0,4; при цьому в власне хімічні процеси втягується приблизно 60% від загальної кількості води. Решта рідина залишається замкненою в осередках майбутнього бетону, формуючи його пористу структуру; вона буде випаровуватися протягом декількох тижнів або навіть місяців.
Паралельно з гідратацією складових цемент мінералів в масі бетону протікає кілька більш повільних реакцій, які поступово приводять до набору бетоном марочної міцності:
- Гашене вапно Ca (OH) 2 в союзі з вуглекислотою поступово перетворюється в міцний і слаборозчинний карбонат кальцію CaCO3.
- Приєднання до цієї реакції двоокису кремнію породжує не менш міцні і стабільні силікати кальцію.
фізична модель
Як процес виглядає з точки зору що відбуваються в масі бетону фізичних процесів?
| Час від початку гідратації | протікають процеси |
| 5 хвилин | Поверхня зерен цементу покривається голкоподібними кристалами алюмінату кальцію 3CaO * Al2O3. |
| 6:00 | Кристали розростаються настільки, що починають утворювати загальну кристалічну решітку. Між цементними зернами виникають перші просторові зв'язки. |
| 8-10 годин | Лавинообразно ускоряющийся рост кристаллической структуры создает между зернами сплошную решетку. Прочность бетона стремительно растет. Одновременно внутри кристаллической структуры начинается рост более мелких кристаллов - своеобразного «ворса» из силикатов кальция. |
| 24 години | Силікати кальцію починають витісняти грати алюмінату, утворюючи власну міцну мережу між твердими наповнювачами. |
| 28 діб | Цементний камінь повністю складається з кристалів силікатів кальцію. Алюмінати витіснені. |
Час протікання реакцій
В общем-то, скільки часу схоплюється бетон - зрозуміло з попередньої таблиці. Через 6 годин його маса перестає бути рухливою; через добу вона втрачає пластичність, але залишається крихкою. Повна марочна міцність набирається матеріалом приблизно за місяць.
Довідка: марочна міцність відповідає максимальному зусиллю на стиск, яке бетон здатний витримати без руйнування. Зусилля вимірюється в кілограмах на квадратний сантиметр. Так, бетон марки М200 зобов'язаний витримувати 200 кгс / см2, М300 - 300 кгс / см2, М400 - 400 кгс / см2 і так далі.
Однак наведена вище таблиця вірна для так званих нормальних умов: + 18-22С при відносній вологості близько 60%. Що станеться при відхиленнях в ту чи іншу сторону?
| відхилення | який чиниться вплив |
| зниження температури | При низьких температурах (від 0 до +18) швидкість протікання реакцій сповільнюється; схоплювання може зайняти до 5-7 діб. При падінні температури бетону нижче 0 градусів вода кристалізується, і гідратація портландцементу повністю зупиняється. |
| Підвищення температури | До певної межі реакції прискорюються; однак при 90С і вище вода починає випаровуватися їх зростаючої кристалічної структури швидше, ніж вступає в реакцію з нею. В результаті набір міцності знову-таки зупиняється. |
| зниження вологості | У сухому повітрі вода швидко випаровується з поверхневого шару бетону, що призводить до падіння його міцності і появи тріщин. |
| підвищення вологості | При нормальній температурі воно призводить лише до збільшення підсумкової міцності бетону при відсутності тріщин. При підвищеній до + 80С температурі в насиченою водяною парою атмосфері набір 60-70% міцності займає всього 16 годин. |
Як нівелювати відхилення від нормального режиму?
- У спеку і суху погоду конструкцію в опалубці вкривають мокрою мішковиною, вологою тирсою або поливають водою два-три рази на добу.
- При температурах до -5 С досить вкрити і по можливості теплоізолювати молодий бетон. Виділяється при гідратації тепло не дасть воді замерзнути.
- При більш низьких температурах потрібно його підігрів. Альтернатива - використання зимових марок бетону, здатних завдяки спеціальним добавкам схоплюватися при негативних температурах.
Корисно: завдяки протиморозним добавкам ціна кубометра збільшується всього лише на 100-300 рублів за куб. Власне, зимовий бетон нескладно приготувати і своїми руками: інструкція зводиться до добавці в нього спеціальних антиморозних присадок (наприклад, Антифриз ДС) в кількості 1% від маси цементу.
Корисні дрібниці
- Підсумкова міцність може перевищувати марочну. У нормальних умовах міцність бетонної конструкції за 3 місяці досягає 120%.
- Знімати опалубку і ходити по моноліту можна через 3-4 дня. Обробка, зведення стін на бетонному фундаменті і т.д. можливо через 10-14 днів.
- До набору повної міцності небажано використовувати ударні інструменти. Якщо обробка необхідна, краща різання залізобетону алмазними колами і алмазне буріння отворів в бетоні: в цьому випадку можна не боятися тріщин і відколів.
висновок
Надеемся, что предложенная вниманию читателя информация будет полезна ему при ремонте или строительстве (см.также статью «Фибропенобетон: особенности и область применения»).
Як завжди, відео в цій статті містить додаткові матеріали. Успіхів!