Время схватывания бетона: химическая и физическая модели.
За какое время схватывается бетон? Какие конкретно процессы протекают в нем на протяжении превращения полужидкого раствора в жёсткий материал? Как на эти процессы воздействует температура атмосферного воздуха? Позволяйте разбираться.
Схватывание: физика и химия
Для начала давайте узнаем, что это за процесс - схватывание бетона, как он протекает с позиций химических физической модели и реакций (см.кроме этого статью "Цементные столбики – серьёзный элемент строительства").
Уточним: все процессы в бетоне, строго говоря, вернее именовать гидратацией цемента. По понятным обстоятельствам куда более стойкие химически щебень и кварцевый песок в реакцию не вовлекаются.
Химическая модель
При взаимодействии портландцемента с водой в один момент запускается пара химических процессов, сводящихся к превращению окисей и кальция и солей алюминия в, соответственно, гидроалюминаты и гидросиликаты.
Главные реакции имеют следующий вид:
- 3CaO*Al2O3+6H2O -> 3CaO*Al2O3*6H2O.
- Ca2SiO4+H2O -> Ca2SiO4*H2O.
- 3CaO*SiO2+H2O -> 3Ca2SiO4*H2O+Ca(OH)2.
Все три реакции протекают с выделением малого количества тепла. Полная гидратация цемента требует его смешивания с водой в пропорции 1:0,4; наряду с этим в фактически химические процессы вовлекается приблизительно 60% от общего количества воды. Другая жидкость остается закрытой в ячейках будущего бетона, формируя его пористую структуру; она будет испаряться в течение нескольких недель либо кроме того месяцев.
Параллельно с гидратацией составляющих цемент минералов в массе бетона протекает пара более медленных реакций, каковые неспешно приводят к комплекту бетоном марочной прочности:
- Гашеная известь Ca(OH)2 в альянсе с углекислотой неспешно преобразовывается в прочный и слаборастворимый карбонат кальция CaCO3.
- Присоединение к данной реакции двуокиси кремния порождает не меньше прочные и стабильные силикаты кальция.
Физическая модель
Как процесс выглядит с позиций происходящих в массе бетона физических процессов?
| Время от начала гидратации | Протекающие процессы |
| 5 мин. | Поверхность зерен цемента покрывается иглообразными кристаллами алюмината кальция 3CaO*Al2O3. |
| 6 часов | Кристаллы разрастаются так, что начинают образовывать неспециализированную кристаллическую решетку. Между цементными зернами появляются первые пространственные связи. |
| 8-10 часов | Лавинообразно ускоряющийся рост кристаллической структуры формирует между зернами сплошную решетку. Прочность бетона быстро растет. В один момент в кристаллической структуры начинается рост более небольших кристаллов - необычного "ворса" из силикатов кальция. |
| 24 часа | Силикаты кальция начинают вытеснять решетку алюмината, образуя собственную прочную сеть между жёсткими наполнителями. |
| 28 дней | Цементный камень всецело складывается из кристаллов силикатов кальция. Алюминаты вытеснены. |
Время протекания реакций
В неспециализированном-то, сколько времени схватывается бетон - ясно из прошлой таблицы. Через 6 часов его масса перестает быть подвижной; через дни она утрачивает пластичность, но остается хрупкой. Полная марочная прочность набирается материалом приблизительно за месяц.
Справка: марочная прочность соответствует все возможному упрочнению на сжатие, которое бетон способен выдержать без разрушения. Упрочнение измеряется в килограммах на квадратный сантиметр. Так, бетон марки М200 обязан выдерживать 200 кгс/см2, М300 - 300 кгс/см2, М400 - 400 кгс/см2 и без того потом.
Но вышеприведенная таблица верна для так называемых обычных условий : +18-22С при относительной влажности около 60%. Что случится при отклонениях в ту либо иную сторону?
| Отклонение | Оказываемое влияние |
| Понижение температуры | При низких температурах (от 0 до +18) скорость протекания реакций замедляется; схватывание может занять до 5-7 дней. При падении температуры бетона ниже 0 градусов вода кристаллизуется, и гидратация портландцемента всецело останавливается. |
| Увеличение температуры | До определенного предела реакции ускоряются; но при 90С и выше вода начинает испаряться их растущей кристаллической структуры стремительнее, чем вступает в реакцию с ней. В следствии комплект прочности опять-таки останавливается. |
| Понижение влажности | В сухом воздухе вода быстро испаряется из поверхностного слоя бетона, что ведет к падению его прочности и появлению трещин. |
| Увеличение влажности | При обычной температуре оно приводит только к повышению итоговой прочности бетона при отсутствии трещин. При повышенной до +80С температуре в насыщенной паром атмосфере комплект 60-70% прочности занимает всего 16 часов. |
Как нивелировать отклонения от обычного режима?
- В сухую погоду и жару конструкцию в опалубке укрывают мокрой мешковиной, мокрыми опилками либо поливают водой два-три раза в день.
- При температурах до -5 С достаточно укрыть и по возможности теплоизолировать юный бетон. Выделяющееся при гидратации тепло не позволит воде замерзнуть.
- При более низких температурах требуется его подогрев. Альтернатива - применение зимних марок бетона, талантливых благодаря особым добавкам схватываться при отрицательных температурах.
Полезно: благодаря противоморозным добавкам цена кубометра возрастает всего лишь на 100-300 рублей за куб. Фактически, зимний бетон несложно приготовить и своими руками: инструкция сводится к добавке в него особых антиморозных присадок (к примеру, Антифриз ДС) в количестве 1% от массы цемента.
Нужные мелочи
- Итоговая прочность может быть больше марочную. В обычных условиях прочность цементной конструкции за 3 месяца достигает 120%.
- Снимать опалубку и ходить по монолиту возможно через 3-4 дня. Обработка, возведение стен на цементном фундаменте и т.д. вероятно через 10-14 дней.
- До комплекта полной прочности нежелательно применять ударные инструменты. В случае если обработка нужна, предпочтительна резка железобетона алмазными кругами и алмазное бурение отверстий в бетоне: в этом случае возможно не опасаться сколов и трещин.
Заключение
Сохраняем надежду, что предложенная вниманию читателя информация будет нужна ему при ремонте либо постройке (см.кроме этого статью "Фибропенобетон: особенности и область применения").
Как в большинстве случаев, видео в данной статье содержит дополнительные материалы. Удач!