Бетонная смесь — особенности, свойства, заливка, контроль и время набора прочности в днях

Универсальный состав на основе песка и цемента используется уже сотни лет, но его актуальность по-прежнему высока. Бетон используют во всех сферах строительства от обустройства территории до жилого, промышленного и энергетического сектора. Он прост в применении, доступен по цене, долговечен. Благодаря высокотехнологичным добавкам разработано много видов и методов обработки бетона. Он пластичен, не горит, устойчив к действию агрессивных веществ и температур. В жидком состоянии состав может принимать как простую, так и сложную форму, а при затвердевании получается универсальный и надежный цементный камень.

Базовый состав бетонов

Из самых простых ингредиентов — песок, цемент, щебень и вода — получаются разные по характеристикам бетоны. Изменение пропорций, добавление пластификаторов, мраморной крошки, арматуры позволяет получать широкий ассортимент железобетонных изделий.

Главная задача производителя заключается в подборе правильного соотношения цемента и воды, которые являются связующими для всех остальных компонентов. Чтобы изменить качества готовой смеси применяют заполнители. Цемент, смешанный с водой, успешно затвердевает, но получившийся монолит трескается из-за неравномерных внутренних напряжений. Это отрицательно сказывается на долговечности и прочности конструкции.

При создании смеси учитывается тип щебня — известняковый, гранитный, кварцитовый, его фракция, марка. Запас прочности щебня должен соответствовать марке прочности готового бетона. Для М200 используют известняк, для М350 и выше гранит.

Основные свойства

Характеристики бетона указаны в паспорте изделия. Маркировка содержит цифры и буквы. Основные характеристики бетона:

подвижность (или техническая вязкость);
пористость;
плотность;
теплоемкость;
водонепроницаемость;
прочность;
огнестойкость;
морозостойкость.

Большое количество характеристик связано с комплексным составом бетонов. Технически это сложная многокомпонентная система, содержащая цементное тесто с заполнителем, а также добавки и пластификаторы, вовлеченный воздух.

Подвижность

Важная для изготовления бетонных конструкций характеристика — подвижность смеси. Жидкий бетон должен растекаться под действием собственного веса, чтобы равномерно заполнить форму или опалубку. Этот показатель также называют «удобоукладываемость». В маркировке она обозначается «П», индекс от 1 до 5.

Изменить подвижность заводского бетона на месте обустройства фундамента нельзя. Этот параметр закладывается производителем при подборе компонентов и определении их соотношения. Чем выше подвижность, тем легче смесь растекается. Бетоны с низкими индексами укладываются в опалубку с применением вибрации.

Плотность

Прямое влияние на прочность бетона оказывает его плотность (отношение массы его составляющих к объему смеси). Чем выше плотность, тем надежнее и прочнее готовое изделие. Поры в толще бетона снижают его качество. Они возникают из-за плохого перемешивания смеси, чрезмерного испарения воды, недостатка цемента, нарушения технологии производства. Для повышения характеристик ЖБИ прибегают к уплотнению раствора после заливки в форму.

Пористость

Во время приготовления смеси в ней образуются поры. Отношение объема воздушных пузырьков к общему объему изделия называется пористостью. Высокая пористость возникает при нарушении технологии изготовления бетонных изделий. Низкая пористость — признак хорошего качества бетона. Устранить воздух из смеси помогает виброуплотнение.

Теплоемкость

Бетоны отличаются низкой удельной теплоемкостью. Для них характерны показатели в пределах 0,00001(°С)-1. Теплоемкость тяжелых бетонов выше, чем пористых. Это свойство используется при возведении строительных объектов для снижения теплопотерь и позволяет снизить затраты на теплоизоляцию здания.

Водонепроницаемость

Бетонные конструкции эксплуатируются в естественных условиях, поэтому важна их способность сохранять прочностные характеристики при регулярном увлажнении. Водонепроницаемость обозначается литерой W, индекс от 2 до 20. чем выше индекс, тем успешнее готовая конструкция сопротивляется воздействию воды. Бетон с высоким индексом быстрее затвердевает.

Чтобы улучшить водонепроницаемость используют гидрофобизирующие или уплотняющие добавки. Для заполнения смеси используют песок. Разработан гидрофобный цемент, который применяется в районах с высоким расположением грунтовых вод, позволяет обходиться без дополнительной гидроизоляции. Такие марки используются для монтажа ЖБИ при перепадах температуры, для свайных фундаментов.

Прочность

Этот показатель напрямую связан с пористостью и плотностью смеси. Марка прочности обозначается «М», шкала прочности от М50 до М800. Чем выше индекс, тем прочнее готовые изделия. Прочность определяется на 28 день после заливки, после затвердевания смеси. Она зависит не только от состава смеси, уплотнения, качества заполнителей, но и от условий твердения.

Огнестойкость

Бетон — негорючий материал, но при длительном нахождении в атмосфере высоких температур он начинает разрушаться. Верхние слои монолита нагреваются быстрее, чем внутренние благодаря низкой теплопроводности. Бетон теряет прочность. Огнестойкость (жаростойкость) — это способность длительное время сопротивляться огню. Опытным путем установлено, что потеря прочности на 25% происходит при температуре 260^о, разрушение возможно при 500^о.

Для повышения огнестойкости используют различные добавки, кремнеземистые или алюмокремнеземистые компоненты.

Морозостойкость

Несмотря на высокую влагостойкость, бетон постепенно пропитывается влагой. Морозостойкость — это способность изделия при многократном замораживании и оттаивании сохранять прочность. Обозначается от F25 до F1000. Увеличение пористости цементного камня повышает морозостойкость, но снижает прочность. Чаще всего используются бетоны F100-F200.

Набор прочности бетона

Чтобы бетонное изделие приобрело прочность, должен пройти процесс гидратации и твердения бетона. Он происходит в несколько стадий, при которых важно соблюдать определенные условия. Минералы, из которых состоит цемент, вступают с водой в химическую реакцию. Она называется гидратация. В результате бетон кристаллизуется. В процессе твердения смеси выделяют два этапа:

первоначальное схватывание смеси;
окончательный набор прочности.

Бетон не сохнет, а кристаллизуется. В течение часа состав остается подвижным, затем за 2 часа он постепенно схватывается. Если после этого перемешать смесь, то качество готового изделия снизится.

Длительность застывания

Химические процессы в толще бетона длятся несколько месяцев. Набор прочности происходит в течение 28 дней, но окончательное застывание происходит через 1-3 года. В связи с этим нагрузки на незрелый бетон ограничиваются. Расчетной прочностью материала называют те характеристики, которых он достигает за 28 дней.

Главные факторы, определяющие скорость твердения бетона:

качество цемента, песка, щебня;
процентный состав цемента, воды, заполнителей;
наличие добавок;
жесткость готовой смеси;
виброобработка, трамбовка;
температура/влажность среды.

Правильный уход за бетоном повышает качество готового монолита, ускоряет процесс твердения. Оптимальными условиями считаются температура 18–22°С, хорошая увлажненность поверхности, влажность воздуха до 100%. при росте температуры на 10^оС скорость затвердевания возрастает в 2-4 раза. Снижение температуры замедляет процессы. При минусовых температурах бетон не затвердевает. Снижение влажности плохо влияет на скорость и качество твердения бетона.

Как повлиять на скорость отвердевания бетона

Любой химический процесс можно стимулировать или замедлить. Повлиять на процессы кристаллизации цементного камня можно термически или химически. Для ускорения отверждения применяют:

изменение соотношения воды и цемента (более густая смесь становится жесткой, это снижает обрабатываемость);
термическая обработка (при температуре 20^оС на схватывание уходит 1 час, выше 25^оС — 30 минут, около 5^оС — 4-5 часов);
добавление специальных добавок.

Иногда может потребоваться замедлить затвердевание при изготовлении высококачественных смесей, которые очень быстро застывают из-за высокого содержания вяжущих веществ. При заливке обычной бетонной смеси по сложному алгоритму в несколько этапов скорость схватывания надо контролировать. Некоторые вещества замедляют реакцию гидратации минералов клинкера, их смешивают с цементом. Для набора прочности важно обеспечить равномерное отверждение всей толщи изделия.

Сколько длится затвердевания бетона в опалубке

Быстрое удаление бетона из опалубки нерационально, даже если это оптимизирует сроки строительства. Важно дождаться набора хотя бы 70% от проектной прочности, чтобы обеспечить сохранность изделия.

Для стяжек, отмосток и элементов, работающих только на сжатие, допускается демонтаж опалубки в течение 3-5 дней, после достижения прочности 30-40% от расчетной. Высокотехнологичные бетоны, содержащие специальные добавки, ускоренно набирают прочность при выходе из формы за 1-2 дня.

Как долго бетон затвердевает в воде

Затвердевание в воде — лучшее условие для набора максимальной прочности бетона. Постоянное смачивание поверхности активизирует гидратацию цемента. Под водой все процессы идут активнее, чем затвердевание на воздухе.

Когда бетон высохнет, его поверхность обезвоживается. В результате в этом слое реакция гидратации останавливается, но в толще бетона она продолжается. Из-за нарушения процессов образуются поры. Цементный камень, который не был должным образом увлажнен и защищен от пересыхания, имеет больше структурных дефектов, меньшую плотность и легче разрушается.

Зачем ухаживать за бетоном после заливки

Целью технического обслуживания бетона является создание оптимальных условий для набора прочности. Чтобы оптимизировать процесс затвердевания, важно обеспечить правильную температуру, постоянно поддерживать высокую влажность. Бетонная смесь заливается в форму или опалубку, выравнивается и уплотняется, затем принимаются специальные меры по уходу за бетоном.

Увлажнение

Затвердевание бетона внешне напоминает высыхание, но на самом деле это реакция, протекающая с обязательным участием воды. Когда бетон затвердевает на воздухе, из-за быстрого высыхания поверхности останавливается реакция гидратации, а это главное условие схватывания состава. В толщине плиты продолжается отверждение, возникает перепад давления между поверхностью и глубокими слоями бетона. Образуются каверны, трещины, дефекты конструкции.

Для защиты от высыхания бетонная поверхность покрывается пленкой, брезентом, другими водонепроницаемыми материалами. Иногда в качестве защиты от пересыхания используют опилки или песок. Периодически необходимо проверять и увлажнять незрелый бетон.водная среда оптимальна для гидратации. Особенно важен полив в жаркую солнечную погоду. Высокая влажность позволяет снизить риск возникновения дефектов.

Температурный градиент

В толстом слое заливки бетона возникает температурный градиент — разница в степени нагрева между поверхностью и толщиной заливки. Такая ситуация характерна для массивных конструкция, фундаментов от 0,8 м. В этом случае необходимо провести теплотехнический расчет.

Во время реакции гидратации выделяется тепло, при этом поверхность естественным образом охлаждается быстрее, чем толща бетона. Температура нагрева может достигать 50-80 °C. Если возникает разница на поверхности и в глубине слоя больше 20-30 °C, бетонная конструкция может разрушиться.

Чтобы избежать температурного градиента снижают температуру всей конструкции. Проще всего охладить бетонный блок, налив холодную воду на его поверхность. Предварительно необходимо защитить материал от воды с помощью водонепроницаемого барьера (пленки). Чрезмерное охлаждение вредно, поэтому для контроля процесса измеряют температуру в толще бетона.

Проверка степени нагрева выполняется по регламенту:

в первые 24 часа — каждые 1-2 часа;
на вторые сутки — каждый 8 часов;
данные заносятся в специальные журналы.

Для контроля температурных параметров при заливке бетона используют трубы, установленные во время заливки состава. Расстояние между точками измерения не более 8 м друг от друга.

Для оптимизации строительных работ важно хорошо понимать характер химических реакций, влияние различных факторов на их скорость. Современное решение — использовать специальные добавки, регулирующие скорость отверждения. Подобрать состав поможет инженер-строитель или опытный мастер.