Набір міцності бетону: особливості, графік і від чого залежить?
Основна характеристика бетону, яка визначила його широке поширення — це висока міцність. Матеріал набирає будь міцність в реальних умовах, так як є багато причин, які сприяють недобору величини, відповідної бетону певної марки.
Знання цих причин і їх особливостей сприяє формуванню бетонних фундаментів, конструкцій з максимальними експлуатаційними показниками.
Повідомляє miysvit.pp.ua, із посланням на taurian.com.ua
Процес набору
Фізико-хімічні реакції гідратації створюють нові монолітні сполуки, які надають матеріалу властивості штучного каменю. Нова якість формується протягом багатьох діб (остаточно приблизно через півроку) і в ідеалі міцнісні властивості бетонної конструкції повинні відповідати бетону певного класу і марки. За часом процес визрівання каменю має дві послідовні стадії: початкова — схоплювання, і завершальна — твердіння. По його завершенні бетон може навантажуватися.
Схоплювання
Схема можливого розшарування бетонної суміші: а — в процесі транспортування і ущільнення, б — після ущільнення; 1 — напрям, за яким вода віджимається, 2 — вода, 3, 4 — дрібний і крупний заповнювачі.
Бетоном користуються не відразу після затвердіння, так як може знадобитися деякий кількість часу, щоб довезти матеріал до об’єкта. Суміш повинна залишатися рухомий, чому сприяє механічне перемішування розчину в міксері автосмесителя. Тиксотропия дозволяє зберегти основні властивості суміші до її заливки, відкладаючи старт початковій стадії дозрівання. Однак слід знати, що якщо час затягнути або температура підніметься, розвивається незворотній процес «зварювання» розчину, в результаті якого занизятся його характеристики.
Тривалість схоплювання знаходиться в залежності від температури повітря — від 20 хв. до 20 годин. Найбільша тривалість цього процесу взимку при температурних значеннях близько 0 град. Заливка фундаменту в цей період буде супроводжуватися подовженням інтервалу початку схоплювання від 6 до 10 годин, а сама стадія розтягнеться на 15 – 20 ч.
Оптимально заливати бетон в форму при 20 градусах. Тоді за умови, що розчин затворен за годину до заливки, схоплювання почнеться через одну годину і завершиться через 60 хв. Спекотна погода сприяє практично миттєвого схоплювання розчину за 10 – 20 хв.
Твердіння
Оптимальне протягом гідратації при твердінні розчину: температурний коридор від 18 до 20 град., вологість близька до 100%. Відхилення від цих параметрів значною мірою змінюють швидкість твердіння каменю. Повне визрівання бетону тривати кілька років.
Разом з тим на цій стадії швидкість твердіння закономірно змінюється з часом. Наприклад, для бетону М300 до кінця 3-го дня вона досягає 50%, на 14–й день становить до 90%, а на 28-й день — 100%. Далі через три місяці міцність підвищується ще на 20%, а через 3 роки може стати на 100% більше, ніж була до кінця 28 діб після замішування.
Особливості набору міцності
Зниження температурних показників середовища веде до уповільнення тверднення. Нульова позначка на термометрі зупиняє процес через замерзання води в бетоні (знижується якість бетону), а підйом значень знову його відновлює. Суміш починає висихати при нестачі або відсутності вологи, однак це може уповільнити і зупинити правильне твердіння, що перешкодить заданого набору властивості бетоном. А ось автоклавного затвердіння сумішей значно прискорюється при підвищених значеннях температурно-вологісного режиму: 80 – 90 град. і 100% вологості, що веде до прискореного зростання міцнісних показників. За рахунок вологи в повітрі може скорочуватися інтервал набору міцності розчином, який покладений відкрито.
Бетони більш високих марок (складаються з більшої кількості цементу кращої якості) твердіють і набирають міцність швидше, тому обробляти їх слід більш оперативно. В інтервалі з 3-ї по 10-ту добу після укладання нормативний набір міцності бетону забезпечується близькими до ідеальних умов витримки. У теплу погоду розчин вкривається вологоємкості матеріалами, через які камінь зволожується цілодобово 6 – 7 разів, і перекривається щільною плівкою.
У сонячну погоду він ховається від прямих променів. Взимку бетон може штучно прогріватися зсередини, утеплятися, обігріватися тепловими генераторами, щоб запобігти замерзанню води, і ізолюється від опадів. Важливим параметром для продовження робіт є нормативно-безпечний термін набору міцнісних властивостей. Таблиця 1 показує залежність від марки бетону і середньодобової температури значень показників міцності бетонів через відповідну кількість діб.
Таблиця 1
Нормативно-безпечним терміном дозрівання бетонів можна вважати значення 50%, а безпечним — від 72% до 80% від марочного значення, що, наприклад, важливо знати при роботах на фундаменті.
Від чого залежить набір міцності?
Фактори, які управляють набором міцнісних властивостей каменю, включають: скільки часу минуло після заливки, температурно-вологісний режим витримування, якість (активність) і марку цементу, співвідношення води і цементу в розчині, пропорції компонентів в суміші, спосіб ущільнення, технологію перемішування, спосіб і швидкість укладання, якість і регулярність зволоження, наявність пластифікаторів (добавок-прискорювачів твердіння) в суміші взимку та ін. Підняття марки бетону залежить від збільшення частки більш високої марки цементу в суміші, пропорцій компонентів. Марка прямо впливає на набір міцності бетону. Для низьких марок критична міцність має більше значення. Таблиця 2 відображає дану закономірність.
Таблиця 2
Тому міцність фундаменту з бетону високої марки визначається надійність, довговічність конструкції будівлі. Камінь в холодну погоду набуває міцність завдяки власним тепловиділення, але для нормалізації графіка формування каменю доцільно застосовувати відповідні добавки, що прискорюють твердіння і знижують температуру зупинки гідратації. З ними суміш набирає марочну міцність вже через 14 діб. Вдалим рішенням стане зміна складових в бетоні. Приміром, глиноземистий цемент набирає міцнісні показники навіть у морози, так як виділяє приблизно в 7 разів більше власного тепла порівняно портландцементом.
У наборі цієї властивості істотну роль відіграють форма і фракція зерен натуральних наповнювачів. Їх неправильна форма і підвищена шорсткість забезпечують кращі умови зчеплення і якість бетону. Відомо, що збільшення частки води в бетонній суміші здатне привести до розшарування маси матеріалу. Наслідком цього також стає те, що при відносному збільшенні частки води в розчині на 60% від оптимального значення (в/ц = 0,4) відбувається недобір міцності на 50% від марочної. Однак при співвідношенні вода/цемент 1/4 період тужавіння (зміцнення) скорочується в два рази.
Щоб прискорити процес і мінімізувати витримку бетону, доцільно застосовувати пескобетон з низьким співвідношенням вода/цемент. Неущільнений бетонний розчин має шанси визріти лише до 50% від нормативної міцності навіть при оптимальному співвідношенні вода/цемент. Разом з тим ручне ущільнення здатне підвищити його міцність на 30 – 40%, а вібротрамбовка підвищує міцність до нормативних 95 – 100%.
Графік набору міцності
Важливо знати графік набору міцності бетону для прогнозування наслідків зміни температурних умов твердіння, які призводять до збільшення часу витримки.
Графік 1
Графік 1 показує на прикладі бетону М400 через скільки діб суміш при фіксованих температурних значеннях набирає певний відсоток міцності (за сто відсотків взято набір марочної міцності за 4 тижні). Температурний режим 30 град. є оптимальним для набору нормативної міцності (97%) за 11 днів, а при показнику в 5 град. значення безпечної міцності не буде досягнуто каменем і за 14 днів. У такій ситуації слід розігрівати, утеплювати укладання. Згідно з кривими визначаються терміни розпалубки при перевищенні міцністю 50% марочного значення.
Висновок
В реальності показники міцності бетонних конструкцій можуть бути змінені з дуже багатьох причин. Важливо забезпечити оптимальні параметри для реалізації за часом графіку зростання міцнісних властивостей, відповідних марці бетону.