На скорость твердения и набор прочности бетона влияет окружающая среда. Показатели температуры и влажности могут ускорять процессы или сказываться на них негативно. Чтобы материал получился с необходимыми характеристиками, нужно учитывать и корректировать воздействие внешних факторов.
Как происходит твердение бетона
Бетонная смесь состоит из четырех компонентов: цемент, мелкий заполнитель (песок), крупный заполнитель (щебень, гравий) и вода. Каждый из них оказывает влияние на формирование структуры искусственного камня и его прочность. Основой раствора является цемент. Это минеральное вяжущее вещество, изготовленное помолом известково-глиняного клинкера. При контакте с водой его зерна активно вступают в реакцию гидратации.
Химическая реакция происходит быстро, уже за несколько минут образуются кристаллические структуры – гидроалюминаты кальция. Такая скорость схватывания не допустима при производстве бетона, материал невозможно доставить на строительную площадку и уложить. Замедлить процесс помогает добавление гипса, который связывает часть алюминатов. Их место в формировании цементного теста занимают образующиеся позже гидросиликаты кальция. Эти вещества и обеспечивают прочность бетона.
Продукты гидратации имеют гелеобразную структуру. Поэтому в первой фазе твердения бетонная смесь пластичная. Сохранить это состояние на определенный срок позволяет тиксотропия – свойство раствора не густеть при механическом воздействии. Бетон перевозят в бетоносмесителях при постоянном перемешивании.
Крупный заполнитель необходим для формирования жесткого скелета материала, обеспечивающего устойчивость к нагрузке сжатия. Он положительно влияет на способность раствора удерживать влагу, уменьшает усадочную деформацию. Мелкий заполнитель придает смеси подвижность и пластичность.
Кроме характеристик компонентов бетона, водоцементного соотношения, качества перемешивания и уплотнения, важная роль в нарастании прочности отводится внешним факторам. Температура воздуха и влажность увеличивают или замедляют процессы твердения.
Влияние температуры на твердение бетона
Образование структуры искусственного камня происходит в несколько этапов. Первый из них – схватывание. Его сроки зависят от класса цемента и температуры воздуха. Чем выше активность вяжущего, тем быстрее проходит химическая реакция. ГОСТ 31108-2020 определяет показатели цементов:
| Класс цемента | Прочность на сжатие в возрасте | |
| 2 суток | 28 суток | |
| 32,5 | 10 МПа | 32,5 МПа |
| 42,5 | 10-20 МПа | 42,5 МПа |
| 52,5 | 10-30 МПа | 52,5 МПа |
Стадия схватывания при нормативных показателях температуры (20°C±2°C) начинается через 1-2 часа после затворения водой и заканчивается спустя еще час. При значении термометра около 0°C схватывание откладывается на 9-10 часов и растягивается на 15-20 часов. Если температура поднимается выше 40°C, то процесс ускоряется и занимает меньше часа.
Второй этап вызревания бетона – твердение. Этот период начинается после утрачивания цементным камнем пластичности и может продолжаться годами. Расчетный период набора прочности составляет 28 дней. В этом возрасте по ГОСТ 26633-2015 назначается класс бетона по прочности на сжатие. Процесс твердения также ускоряется при повышении температуры. Особую интенсивность химических реакций наблюдают в первые две недели. Затем рост прочности замедляется.
Особенности процессов при температуре от 0°C и ниже
Строительные работы в различных климатических поясах происходят и в холодное время года. В это период температура опускается до отметок близких к 0°C. Такие показатели термометра заметно снижают скорость твердения. При 5°C она уменьшается в 3-5 раз. Особенно опасно падение температуры до отрицательных отметок. Это связано с кристаллизацией воды в порах бетона. Материал увеличивается в объеме на 8-9%, возникает дополнительное внутреннее напряжение. Только сформированные кристаллические структуры не всегда выдерживают нагрузку, происходит их частичное разрушение.
Выдерживание бетонной смеси при 0°C без замораживания не ухудшает ее характеристики. После потепления материал продолжит набирать прочность.
Чтобы не потерять залитый бетон, необходимо обеспечить поддержание положительной температуры до набора им критической прочности. В зависимости от класса материала показатель составляет 30-50% от проектной характеристики. Чем выше класс бетона, тем устойчивее он к негативному воздействию:
| Класс бетона | Критическая прочность, % |
| В7,5-В12,5 | 50 |
| В15-В22,5 | 40 |
| В30-В40 | 30 |
Для железобетонных конструкций с напряженной арматурой критическая прочность должна быть не ниже 70%.
В зимних условиях требуется особый подход к бетонированию. Избежать разрушительного влияния мороза помогают следующие меры:
- подогрев заполнителей до 60°C, а воды до 70°C;
- обогрев смеси в опалубке электрическим, инфракрасным или индукционным способом;
- создание утепляющего слоя в опалубке – термос;
- введение в раствор противоморозных присадок.
Лучший результат дает комбинирование нескольких способов. В смесь добавляют противоморозные присадки и помещают ее в утепленную опалубку. За счет выделения тепла при гидратации цемента внутри опалубки поддерживается плюсовая температура.
Высокая температура – плюс или минус для прочности бетона
Оптимальные параметры внешней среды для нормального твердения бетона:
- температура – 18-22°C;
- влажность – 90-100%.
Повышение температуры ускоряет процессы образования гидросиликатов кальция, отвечающих за прочность материала. При 40°C она достигает проектной нормы за неделю. Но ускоренное созревание имеет свой минус – это испарение воды из смеси. Влага уходит неравномерно, первыми высыхают верхние слои. Из-за быстрой потери воды они становятся ломкими, покрываются трещинами. Внутри конструкции также могут образоваться пустоты. В условиях высокой температуры бетон требует ухода, чтобы сохранить свою структуру.
При поднятии температуры до 85°C бетон твердеет в 6-8 раз быстрее, а при 100°C и выше, еще интенсивнее. В естественных условиях таких показателей термометра не добиться, эти процессы происходят в автоклавах. Чтобы сохранить влагу в бетоне и предотвратить ее закипание, нагревание происходит при повышенном давлении пара. Тепловлажностная обработка увеличивает скорость твердения и способствует образованию крепких кристаллов. После нее прочность бетона возрастает до 50-100 МПа.
Влияние влаги на твердение
Оптимальные условия для твердения бетонной смеси – влажность 100%. Материал лучше всего набирает прочность в водной среде, где его капилляры постоянно заполнены влагой, необходимой для химических реакций. При твердении на воздухе материал имеет худшие показатели плотности и модуля упругости. Чтобы монолитные конструкции нормально набирали прочность, нужно поддерживать влажность на уровне 90-100%.
При падении показателя до 80% вода начинает испаряться из капилляров. Ее недостаток останавливает реакции твердения. Процесс требует времени, чем массивнее конструкция, тем дольше она удерживает необходимую влагу. Если оптимальный режим возобновить, то реакции начнутся снова, но будут медленнее. Минимально допустимым считается значение 60% влажности, при падении до 50% капилляры полностью высыхают.
Уход за бетоном
После укладки бетонной смеси в опалубку необходимо обеспечить ей оптимальные условия твердения. Мероприятия зависят от времени года и климатических условий. При отрицательных температурах важно сохранить раствор от замерзания. В остальных случаях нужно обеспечить ему влажностный режим и предотвратить механическое воздействие.
Чтобы избежать потери воды конструкцию накрывают паронепроницаемыми материалами, пергамином, полиэтиленовой пленкой. Полотна укладывают внахлест, края должны опускаться на вертикальную поверхность. Такая процедура снижает потерю влаги на 60%. Когда бетон находится под действием солнечных лучей и высокой температуры укрытия недостаточно. В течение 7 дней его увлажняют.
Другой способ предотвратить испарение – засыпка влагоемкими материалами. Это может быть песок или опилки. Вариант подходит для поверхностей, к которым не предъявляются высокие требования по качеству. Слой песка или опилок должен быть 30-60 мм. Их периодически (при признаках высыхания) поливают. Можно воспользоваться мешками или брезентом, которые тоже нужно увлажнять.
Уход начинается после набора монолитом минимальной прочности, это защитит поверхность от повреждений. В зависимости от температуры период составляет 2-12 часов после укладки в опалубку. Поверхность к этому времени становится матовой, а при легком нажатии ладонью, не должен оставаться след. При сильном ветре и жаре бетон накрывают как можно раньше.
Следить за сохранением влаги нужно до набора искусственным камнем прочности 50-70%. Примерный срок определяют по таблице:
В большинстве случаев в этот период происходит распалубка монолита. Для фундаментов и других горизонтальных конструкций рекомендуемый набор прочности составляет 50%, для несущих конструкций до 6 м – 70%, более 6 м – 80%. Соблюдая правила ухода за бетоном можно добиться оптимальных показателей прочности.
