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

Затвердевание цемента под водой

Условия твердения бетона и уход за ним

Жидкие строительные смеси на основе цемента в результате химической гидратации компонентов превращаются в камень с кристаллической структурой. В зависимости от заложенных в конструкцию прочностных показателей используют бетоны разных марок, соответствующих требованиям конкретных ГОСТ и СП. Правильное твердение раствора является залогом набора максимальной прочности монолитом.

Химико-гидролитическая кристаллизация

Процесс реакции компонентов цемента с водой проходит с выделением тепла. В составе связующего присутствуют активные компоненты, участвующие в реакциях твердения формованных конструкций:

  • Трехкальциевый алюминат (3CaO*Al2O3), самый активный компонент. Он связывает воду в течение первых часов, работает в жидкой среде.
  • Алит, трехкальциевый силикат (3CaO*SiO2) работает в паре и продолжает отверждение после схватывания, образуя кристаллит.
  • Белит (2CaO*SiO2) и четырехкальциевый алюмоферрит 4CaO*Al2O3*Fe2O3) продолжают кристаллизацию годами.
  • В составе монолита присутствуют оксиды кальция и магния и незакристаллизованное стекло.

Для полного прохождения реакции должны быть соблюдены температурные и временные условия. Ускорить или замедлить процесс могут различные факторы.

Этапы набора прочности

Сразу после замеса начинается химический процесс приобретения компонентами цемента связующих свойств взаимодействием с молекулами воды. Вначале масса густеет и теряет текучесть, потом приобретает форму в опалубке, набирает прочность. Временных рамок для каждого процесса не существует, реакции идут, разогревая тесто, пока оно твердеет. Прочность монолита нарастает годами.

Степени набора прочности

Насчитывается 4 ступени набора прочности по результатам гидратирования.

  • Схватывание – первичное связывание воды в растворе начинается со времени замеса, но в течение первых двух часов раствор остается подвижным, центры кристаллизации не образованы. Последующий час происходит схватывание. Затормозит процесс интенсивное перемешивание, вибрация, но при этом произойдет потеря прочности.
  • Твердение до критической прочности (30-50 % от распалубочной) происходит за счет связывания молекул в комплексы. В этот момент должен соблюдаться баланс влажности. Зимой залитый бетон подогревают до набора критической прочности. Считается, в массе отсутствует свободная вода, могущая образовать кристаллы при замерзании.
  • Распалубочная прочность – монолит не готов принимать нагрузку, но не деформируется, держит форму при снятой опалубке. Показатели достигаются в благоприятных условиях за неделю, составляет 70 % от расчетной для марки строительной смеси.
  • Расчетная прочность, показатель класса бетона, наступает через 28 дней после заливки при соблюдении стандартной технологии.

Факторы, влияющие на твердение

Температура и влажность. Количество воды определяет жесткость смеси, ее подвижность и технологию отвердения монолитов. Ингредиент должен быть чистым, с минимальным содержанием солей кальция и магния.

Температурный диапазон гидратации +5 — +(25-40) 0 С зависит от вида и марки цемента.

Вид цементаПредельная температура водыПредельная температура бетонного теста
Глиноземистый2025
Портланд М300-3508040
Портланд М400- 5506035

При большей температуре замеса теряется прочность монолита. Подогревать можно не только воду, но песок или щебень. Подогрев практикуют, если температура окружающей среды опускается до 5-10 градусов, чтобы ускорить схватывание смеси. Температуру контролируют в толще массы, не допуская разогрева до предельных показателей. Для этого при заливке вставляют трубки для замеров на глубине. Площадку сверху охлаждают, применяют увлажнение.

Летнее бетонирование. Наиболее благоприятные условия твердения цементных смесей при температуре 18-22 0 С и 100 % влажности. Чтобы поверхность не растрескалась, поверхность через 12 часов после заливки укрывают от испарения, или смачивают. В теплый сезон днем поливают по 3 раза, ночью раз. В сухую погоду поверхность нужно увлажнять 3-15 суток, в зависимости от марки и вида цемента. Накрытый непроницаемой пленкой массив не поливают. В ветреную погоду и жару увлажняют поверхность плиты как можно чаще, предупреждая растрескивание. Вода на поверхности нагревается, отводя тепло из толщи массива.

Зимнее бетонирование. Реакции гидратации прекращаются при температуре +5 0 С. Вода, замерзая, превращается в лед. В процессе схватывания бетона это недопустимо. Последствиями будет потеря прочности, расслаивание монолита. Поэтому зимняя заливка ведется по специальным технологиям:

  • До затворения вода и песок подогреваются, на строительную площадку доставляют теплый раствор.
  • После заливки обеспечивается подогрев массива доступными способами – электрообогревом, утепляющими матами или шатром.
  • Глиноземистый цемент при схватывании разогревается сильнее, чем портланд, ускоряя процесс гидратации в неблагоприятных условиях.

Длительность электропрогрева 3-8 часов зависит от его интенсивности в технологических пределах. Дальше бетон твердеет самостоятельно, но процесс идет медленно, расчетная прочность набирается за 2-3 месяца.

Качество исходных материалов. Основной составляющей бетона является цемент. Его качество контролируется стандартами. Используется цемент без комочков, свежий. Общим является ограниченное количество в обожженном клинкере оксидов кальция и магния. Они не участвуют в кристаллизации, а значит, бесполезны при твердении.

Используется чистая мягкая вода. Сыпучие материалы не должны содержать глину, растительные остатки. Инертные компоненты в реакции гидратации участия не принимают, но они изначально имеют высокую плотность.

Влияние марки цемента. В стандартных условиях (18-22 0 С) реакции гидратации в зависимости от марки длятся разное время.

Марка бетона, МСхватывание, часы, доТвердение, суток, до
1003,530
2002,525
3002,014
4002.07
5001.04
Читать еще:  Размер стандартного цементного блока

Строительные смеси высоких марок требуют более интенсивного ухода за поверхностью во время твердения. Это предупредит растрескивание при быстрой усадке. Особенности усадки регулируются использованием марки бетона. Меньшую деформацию дают составы с преобладанием алитов и более мелких фракций заполнителей.

Влияние добавок

Для придания бетону определенных свойств, ускорения или замедления гидрохимической кристаллизации формованного камня применяют химические добавки. По воздействию на строительные растворы их можно разделить:

  • пластификаторы;
  • ускорители и замедлители твердения;
  • гидрофобизаторы;
  • зимние добавки.

Пластификаторы для бетона обеспечивают удобоукладываемость жесткой массы. Присадка способствует лучшему заполнению формы без вибратора. Повышается живучесть бетонной смеси, экономится цемент. За счет свойства пластичности снижается возможность образования трещин.

Ускорители твердения уменьшают время созревания бетона. Ускоряется распалубка, что экономически выгодно. С подобными составами лежалый цемент приобретает большую активность, время схватывания значительно ускоряется, даже при пониженных температурах окружающей среды. Добавки не применяют, если в композиции использован глиноземный цемент или конструкции включают арматуру.

Гидрофобизатор – добавка, перекрывающая микроканалы в плите. Водоотталкивающие свойства бетонного монолита повышают его стойкость при многократном промораживании. Конструкция сохраняет паро- газопроницаемость, но предохраняет помещение от сырости.

Противоморозные добавки превращают воду в солевой раствор, который имеет низкую температуру замерзания. Результат – предотвращение образования льда в только что залитом бетоне.

Вывод

Отвердение бетона, набор прочности зависит от правильно выбранной композиции, и грамотной технологии ухода за поверхностью монолита. Плита упрочняется не 28 дней, а в течение нескольких лет, за счет кристаллизации и превращения монолита в камень. Неправильный уход за свежим бетоном приводит к разрушению конструкции за это же время.

Гидратация цемента и бетона: начало схватывания и застывания

Явление гидратации вяжущего вещества считается одним из важных элементов протекания химических реакций. Гидратация – образующиеся химические процессы во время добавления жидкости к цементному клинкеру.

Общие сведения

После добавления к цементному вяжущему водного компонента получается смесь пластичной структуры с ярко выраженными коллоидными свойствами. Под воздействием воздуха цементное тесто начинает затвердевать. В результате образуется искусственный строительный камень, обладающий рядом физических показателей.

Если к цементу добавить заполнители и наполнители, то в ходе гидратации химических соединений материалы связываются с инертными частицами, образуя высокопрочный бетон. Прочностные характеристики достигаются после регламентируемого срока для твердения.

Цементы условно подразделяют:

  1. Воздушного твердения (отвердения осуществляется при контакте с воздухом).
  2. Гидравлического затвердевания (после предварительного твердения на воздухе, прочностные характеристики способны увеличиваться в жидкой среде).

Согласно испытаниям, наиболее активным минералом клинкера считается трехкальциевый силикат. При максимальном содержании 3CaO·SiO2 образцы имеют наивысшие показатели испытаний на сжатие.

Затвердевание подразделяют на три этапа:

  • подготовительный;
  • коллоидация;
  • кристаллизация.

Проведение опытов по установлению сроков схватывания

Установка сроков схватывания регламентировано ГОСТом 310.3-76. Для получения нормальной густоты вяжущего теста используют прибор Вика, представленный на рисунке 1.

Рисунок 1 – Устройство прибора Вика

В сферической металлической чаше замешивают цементный раствор предварительно просчитанного состава. Затем трапециевидное кольцо заполняется полученным объемом цементной смеси. Емкость размещается под иглой.

Важно! Для измерения густоты применяют пестик, а для установления сроков схватывания дополнительно размещают иглу.

Допустимым значением густоты считается, если пестик прибора не доходит до пластины на расстоянии от 5 до 7 мм. При отклонениях показателей регулируют водоцементное (В/Ц) отношение.

Перед началом проведения работ важно удостовериться в правильности работы прибора, а детали, соприкасающиеся со смесью, должны быть покрыты машинным маслом.

Для установки срока схватывания к пестику подцепляют иглу. Иглу погружают в тесто с периодичностью в 10 минут. Началом затвердевания считают период, который потребовался от момента добавления к вяжущему воды до того, как игла не будет доходить до нижней пластины от 2 до 4 мм. Сроки конца схватывания наступают, когда игла погружается максимум на 2 мм.

Ложное схватывание (ЛС) определяется на том же приборе, только вместо пестика устанавливается усечённый конус. Перед началом работ необходимо замесить раствор из цемента, мелкого заполнителя и воды. Соотношение использованных компонентов регламентируется ГОСТ Р 56588-2015. В форму со смесью погружают конус через 15 минут, а затем спустя 1 час фиксируют показания прибора. Ложным схватывание считается, если замеры соответствуют первому типу, согласно таблице 1.

Таблица 1 – Определение ложного схватывания в зависимости от результатов испытаний

Тип схватыванияГлубина погружения конуса в тестовый образец (раствор), мм
После перемешиванияПосле вторичного перемешивания спустя 30 минут
Спустя 15 минутСпустя 60 минут
Первый тип ЛСМенее 15Менее 10Более 45 (включительно)
Второй тип ЛСОт 15 (включительно) до 50От 10 (включительно) до 50Более 45 (включительно)
Быстрое схватываниеМенее 50Менее 50Менее 45

Схватывание бетона при температурных изменениях: по времени

Для качественного набора прочности должны быть соблюдены температурно-влажностные показатели. Если бетон застывает в жарких условиях, то необходимо производить периодическое смачивание поверхностей водой. Это способствует нормальному протеканию химических реакций.

Читать еще:  Что такое диспергирование цемента

В нормальных климатических условиях схватывание смеси происходит быстрее, нежели при отрицательных температурах. Морозный климат способен также остановить момент схватывания, что в конечном результате приведен к разрушению камня и минимальному набору прочностных показателей.

Нормальными условиями считаются:

  • температура помещения от +20 до +30 градусов;
  • показатели влажности – не менее 90%.

Увеличить влажность возможно путем периодического полива или натяжения полиэтиленовой пленки, что не допускает испарения жидкости и образует конденсат.

Зависимость прочности от температурного режима приведена на примере таблицы 2.

Таблица 2 – Зависимость прочности от марки ПЦ и температурных показателей

Марка бетонаВремя твердения, сутки (часы)Средняя температура бетона на протяжении суток, °C
–3+5+10+20+30
Прочность материала на сжатие, % от полного затвердевания
М200-М300 на ПЦ400 и ПЦ5001 (24)2,8…3,04,8…5,08,6…9,011,4…12,022,6…23,033,2…35,0
2 (48)5,7…6,011,4…12,018…19,023,7…25,038,0…40,052,7…55,0
3 (72)7,6…8,017,1…18,025,6…27,035,1…37,047,5…50,061,8…65,0
5 (120)11,4…12,026,6…28,036,1…38,047,5…50,061,8…65,076,0…80,0
7 (168)14,2…15,033,2…35,045,6…48,055,1…58,071,7…75,085,5…90,0
14 (336)18…20,047,5…50,058,9…62,068,4…72,085,5…90,095,0…100,0
28 (772)22,5…25,061,8…65,073,1…77,080,7…85,095,0…100,0

Основной набор прочностных показателей происходит от 7 до 28 суток. В первую неделю камень набирает только 70% от конечной прочности. Марочная прочность достигается по истечении 28 суток. Далее надежность бетона будет расти, но уже намного медленнее.

В период заморозков нельзя допускать замораживание воды в бетонной структуре, поэтому обязательно необходимо добавлять в состав смеси противоморозные добавки.

Контролировать климат в лабораторных условиях намного легче, нежели на открытых строительных площадках во время проведения монолитных работ. Наиболее благоприятными условиями для замоноличивания считается период с весны до осени, когда температура воздуха составляет более чем +5 °С. Поэтому строители должны со всей ответственностью подойти к вопросу о качественном уходе за материалом.

Гидратация цемента — что это такое?

14.09.2015 profipol_dp 958 просмотра

При смешивании цемента с водой присходит физико-химическая реакция, называемая гидратацией.

Гидратация вызывает твердение цементного клея и превращение его в прочный цементный камень.

Процесс твердения цементного камня ( бетона ) условно разделяется на две стадии:

  • схватывание (кристаллизация, загустевание),
  • твердение (набирание прочности)

Процесс схватывания начинается через 4-6 часов после смешивания цемента с водой и может длиться около суток, в зависимости от температуры окружающей среды.

Частички цемента начинают кристаллизоваться и связывают заполнитель цементного раствора или бетона (песок, щебень) между собой.

Бетон (раствор) начинает густеть, становится менее подвижным.

В зависимости от необходимости этот процесс можно ускорить или, наоборот, растянуть с помощью специальных добавок. Чаще всего это пластификаторы с комбинированными свойствами (ускоритель или замедлитель).

Условно говоря, через сутки начинается вторая стадия — твердение цементного камня (набор прочности). При идеальных условиях длится она 28 дней.

На начальном этапе ни о какой прочности не может идти и речи. Чатицы цемента кристаллизовались и скрепили заполнитель раствора вокруг себя, но эти соединения очень хрупкие и легко разрушаемые. При малейших механических воздействиях или подвижках эти соединения разрушаются и раствор уже никогда не свяжется и не затвердеет (не поможет и повторное заливание водой).

Пример 1: если походить по стяжке, которая только начала твердеть и набирать прочность, то разрушенные соединения раствора уже не схватятся между собой и стяжка начнет крошиться и высыпаться в этих местах.

Пример 2: кафель намного легче снять на следующий день после укладки, чем в сам день укладки. Пока клей вязкий плитку очень тяжело оторвать от стены (пола). На след.день клей кристаллизуется, но стоит только пару-тройку раз постучать по плитке кулаком (резиновым молотком), так она сразу легко снимется.

За первые 7 дней цементный камень набирает около 70% всей своей прочности, затем процесс твердения замедляется и за оставшиеся три недели он набирает еще около 20-25% прочности.

Существует мнение, что бетон набирает прочность первые сто лет своей «жизни» и еще сто лет он ее утрачивает, т.е. через двести лет бетон может стать критично слабым и разрушиться (привет балконам на «екатерининках» и «сталинках»).

Но для того, чтобы бетон продолжал набирать прочность — он постоянно должен поддерживаться во влажном состоянии.

В первые 2-3 недели желательно периодически проливать его водой и, при жаркой погоде или на сквозняке, накрывать пленкой, чтобы влага не испарялась быстро.

Если влага испарилась или замерзла в растворе, то процесс набора прочности останавливается.

Поэтому принудительное высушивание стяжки просто не допустимо.

Забудьте об открытых настеж окнах и дверях, включении ТП, тепловентиляторов и т.п.

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:

Читать еще:  Таблица пропорций компонентов бетона цемент м400

  • двухкальцивеый силикат;
  • трехкальциевый силикат;
  • трехкальциевый алюминат;
  • четырехкальциевый алюмоферит.

Рисунок 1. Химический состав бетона

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:

  • Двухкальциевый силикат вступает в работу только спустя месяц после момента затвердения бетона. До этого он не участвует в процессе, ожидая своей очереди. Наличие специальных пластификаторов, присутствующих в бетонной смеси, помогает значительно сократить период бездействия без риска ухудшения прочности материала. Этот ингредиент функционируют в долгосрочной перспективе, позволяя укреплять со временем монолит бетонной заливки.
  • Трехкальциевый силикат функционирует активно весь период существования цемента. Это вещество — основа смеси, именно оно запускает процесс, именуемый гидратацией. Когда он стартует, выделяется тепло, которое существенно повышает температуру смеси.
  • Трехкальциевый алюминат обеспечивает процесс схватывания, поскольку он наиболее активный компонент. Это вещество обеспечивает неуклонное нарастание прочности монолита в самые первые несколько дней после заливки. Потом ингредиент работу прекращает.
  • Четырехкальциевый алюмоферит, хотя и оказывает минимальное воздействие на твердение и набор прочности монолита, все равно чрезвычайно важен. Его работа стартует на финишном этапе, когда уже давно запущена процедура затвердевания цемента. Этот компонент улучшает достигнутые характеристики, тем самым завершая процесс.

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:

  • Когда термометр показывает около 20° тепла, бетон схватится примерно через пару часов после замешивания. Окончательное же схватывание гарантировано через 3 часа. То есть, этап схватывания длится примерно час.
  • Если температура воздуха 0°, такой процесс происходит дольше, может длиться даже 20 часов. Это связано с оттягиванием времени начала схватывания — процесс стартует только спустя 6–10 часов.

Рисунок 2. Бетон

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.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector