Бетон набирает прочность: Набор прочности бетоном. Время твердения бетона.Тепловыделение цемента (бетонной смеси).

Набор прочности бетоном. Время твердения бетона.Тепловыделение цемента (бетонной смеси).

Набор прочности бетоном. Время твердения бетона. Тепловыделение цемента (бетонной смеси).

В отсутствие воды никакого набора прочности не происходит (нужно поливать). То есть высохший бетон перестает набирать прочность и замерзший бетон перестает набирать прочность (нужно нагревать или использовать присадки-добавки). Если бетон потом нагреть или разморозить он продолжит набирать прочность, но наберет ее тем больше от номинала, чем позже произошла остановка твердения.

Считается, что при температуре 20 °С бетон (при доступе влаги = если не высох) набирает марочную прочность за 28 суток по волшебной формуле:

Прочность бетона на день n = Марочная прочность *(lg(n) / lg(28)) , где n не менее 3 дней

За первые трое суток при нормальных условиях бетон набирает не более 30% марочной прочности.

Через 1-2 недели (7-14 суток) бетон при нормальных условиях набирает 60-80% марочной прочности.

Через 4 недели (28 суток) бетон при нормальных условиях набирает 100% марочной прочности.

Через 3 месяца (90 суток) бетон при нормальных условиях набирает 120% марочной прочности.

В дальнейшем, при доступе влаги, бетон продолжит набирать прочность, но очень медленно.

Снижение температуры сильно замедляет твердение бетона, если не применять специальные добавки. Повышение температуры резко ускоряет твердение бетона, но следут не допускать высыхания бетона. Если бетон греть водяным паром при температуре 80^oС в течение 16 часов, то бетон наберет 60-70% марочной прочности (заводская пропарка — изготовление свай и т.д.)

Нагревать бетон свыше 90 ^oС нельзя.

Теперь последует важное замечание:

Схватывание и твердение цемента это экзотермические процессы, т.е при наборе прочности бетоном выделяется весьма существенное количество тепла, что на практике увеличивает риск высыхания бетона и существенно снижает риск замерзания бетона.

Характерными (оценочными) величинами тепловыделения являются:

200 кДж = 50 ккал на каждый килограмм портландцемента за 7 суток.

200 кДж = 50ккал на каждый килограмм глиноземистого цемента за 1 сутки .

» От чего зависит и как быстро происходит набор прочности бетона

Изготовление различных конструкций предполагает заливку бетона, главной характеристикой которого является прочность на сжатие. При этом нагружать конкретный элемент нельзя, пока не завершится набор прочности бетона. Данный процесс зависит от ряда факторов, к которым относятся не только внешние условия, но и состав самой смеси.

Для достижения марочного значения, как правило, требуется четыре недели (28 дней). Чтобы будущая конструкция прослужила достаточно долго, необходимо ясно представлять, как осуществляется сам процесс, и сколько времени требуется для его завершения. Процесс включает две стадии. На первой происходит схватывание бетона. На второй он твердеет и набирает прочность.

Стадия схватывания

Схватывание происходит в течение первых суток с момента его приготовления. Сколько времени потребуется для завершения первой стадии напрямую зависит от температуры окружающей среды.

Теплая погода

В летний период, когда температура 20 °C и выше, на схватывание может потребоваться около часа. Процесс начнется приблизительно через два часа после приготовления смеси и завершится, следовательно, через три.

Прохладное время года

При похолодании время начала и завершения стадии сдвигается. Для схватывания требуется больше суток. При нулевой температуре процесс начинается, как правило, только через 6 – 10 часов после приготовления раствора и может длиться до 20 часов после заливки. В жаркую погоду время, наоборот, уменьшается. Иногда для схватывания достаточно 10 минут.

Уменьшение вязкости раствора

На первой стадии приготовленная смесь остается подвижной. В этот период еще можно оказать механическое воздействие, придав изготавливаемой конструкции требуемую форму.

Продлить стадию схватывания позволяет механизм тиксотропии, способствующий уменьшению вязкости смеси при оказании механического воздействия. Именно поэтому перемешиваемый в бетономешалке раствор намного дольше может находиться на первой стадии.

Однако следует учесть, что ряд процессов вызывает необратимые изменения в смеси, что негативно отражается на качестве затвердевшего бетона. Особенно быстро «сваривание» происходит в летний период.

Стадия твердения

После схватывания бетон начинает твердеть. Для завершения процесса и окончательного набора прочности может потребоваться несколько лет. Марку бетона можно будет определить через четыре недели.

Стоит учесть, что прочность бетон набирает с различной скоростью. Наиболее интенсивно процесс протекает в первую неделю после заливки бетона. Уже в первые трое суток данный показатель в нормальных условиях составляет около 30% от марочного значения, определяемого через 28 дней после заливки.

В течение первых 7 – 14 суток раствор набирает до 70 % от указанного значения, а через три месяца на 20 % превышает его. После этого процесс замедляется, но не прекращается.

Через три года показатель может вдвое превысить значение, полученное через 28 дней после заливки. Специальная справочная таблица позволяет узнать, какой процент от марочного значения наберет состав при конкретной температуре через определенное количество дней.

От чего зависит набор прочности?

На процесс набора прочности влияет множество факторов. Однако основными можно считать:

• температуру;
• влажность;
• марку бетона;
• время.

Температура

Чем холоднее на улице, тем медленнее повышается прочность бетона. При отрицательных температурах процесс останавливается, так как замерзает вода, обеспечивающая гидратацию цемента.

Как только температура воздуха повысится, набор прочности бетона продолжится. При снижении температуры может опять остановиться.

При наличии в составе различных модификаторов время твердения может уменьшаться, а температура, при которой процесс останавливается, снижаться. Производители предлагают специальные быстротвердеющие составы, способные набрать марочную прочность уже через две недели.

Потепление способствует ускорению процесса созревания бетона. При 40 °C марочное значение может быть достигнуто уже через неделю. Именно поэтому заливку бетона на приусадебном участке для сокращения сроков строительства лучше производить в жаркую погоду.

Зимой может потребоваться подогрев бетона, что выполнить собственными силами крайне проблематично: требуется специальное оборудование и знание технологии выполнения работ. Следует учесть, что нагрев раствора свыше 90 °C недопустим.

Чтобы понять, как температура оказывает влияние на процесс твердения, стоит изучить график набора прочности бетона. Кривые построены на основании информации, собранной для марки М400 при различных температурах. По графику можно определить, какой процент от марочного значения будет достигнут через определенное количество суток. Каждая кривая соответствует конкретной температуре. Первая линия 5°C, последняя – 50° С.

График позволяет определить срок распалубки монолитной конструкции. Опалубку можно снимать, как только прочность превысит 50% от своего марочного значения. Следует обратить внимание, что согласно графику, если температура воздуха ниже 10 °C, марочное значение не будет достигнуто даже через две недели. При таких погодных условиях уже стоит задуматься о подогреве заливаемого раствора.

Время

Для определения нормативно-безопасного срока начала работ часто используется следующая таблица. В ней в зависимости от марки бетона и его среднесуточной температуры приведена информация о наборе прочности через определенное количество суток:

Марка бетона	Среднесуточная температура бетона в °C	Срок твердения в сутках
		1	2	3	5	7	14	28
		Прочность бетона на сжатие (процент от марочной)
М200–300, замешанный на портландцементе М 400–500	-3	3	6	8	12	15	20	25
	0	5	12	18	28	35	50	65
	+5	9	19	27	38	48	62	77
	+10	12	25	37	50	58	72	85
	+20	23	40	50	65	75	90	100
	+30	35	55	65	80	90	100	–

Если нормативно-безопасный срок установлен на уровне приблизительно 50%, то безопасным сроком начала работ можно считать 72 – 80% от марочного значения.

В зависимости от времени выдержки искомое значение можно определить по следующей формуле:

прочность на n-ый день = марочная прочность *(lg (n) / lg (28)). Причем n не может быть меньше 3-х дней.

Состав и характеристики цемента

Если сразу после заливки цемент способен набирать прочность благодаря своему тепловыделению, то после замерзания воды процесс неизменно остановится. Именно поэтому при выполнении работ в зимний и осенне-весенний период предпочтительно использовать смеси с противоморозными добавками.

Глиноземистый цемент после укладки способен выделить в семь раз больше тепла, чем обычный портландцемент. Именно поэтому приготовленная на его основе смесь набирает прочность даже при отрицательной температуре.

Марка также оказывает влияние на скорость процесса. Чем ниже марка, тем выше критическая прочность. Таблица наглядно отражает такую зависимость:

Марка бетона (по прочности на сжатие)	Критическая прочность (процент от марочной), минимум
для предварительно напряженных конструкций	70
М15 – 150	50
М200 – 300	40
М400 – 500	30

Влажность

Пониженная влажность негативно отражается на процессе. При полном отсутствии влаги гидратация цемента становится невозможной, и твердение практически останавливается.

При максимальной влажности и высокой температуре (70 – 90 °C) скорость нарастания прочности значительно повышается. В таком режиме осуществляется пропаривание состава в автоклавах паром высокого давления.

Нагрев до столь высоких температур при минимальной влажности неизбежно приведет к высыханию залитого раствора и снижению скорости набора. Чтобы этого не произошло, следует своевременно производить увлажнение. В таком случае в жаркую погоду прочность будет набрана в минимально возможные сроки.

Как бетон набирает прочность и как эти параметры контролировать

В этой статье мы расскажем о том, сколько времени бетон набирает прочность и о том, какие способы контроля этого параметра доступны сегодня.

Тема статьи неслучайна, так как большая часть строительных объектов из года в год возводится с применением бетона. Популярность этого материала не снижается, а напротив увеличивается, несмотря на повсеместное внедрение альтернативных технологий в строительстве объектов различного назначения.

Структура материала после достижения требуемой твердости

Именно поэтому так актуален вопрос, через какое время бетон набирает прочность и как это влияет на сроки проведения строительных работ?

Средние темпы набора прочности

Армирование цементно-песчаной стяжки

Перед тем как ответить на вопрос, когда бетон набирает 70 прочности, разберёмся с тем, что означает число 70. По сути, это процентное обозначение марочных параметров. При достижении этого параметра, конструкции и сооружения условно соответствуют требованиям ГОСТа.

Не секрет, что в соответствии с присвоенной маркой бетона определяется не только цена, но и максимальная нагрузка из расчета кгс/см², которая может быть оказана на ЖБИ без ущерба для целостности изделия. Именно поэтому, все промышленные ЖБИ производятся с отпускной прочностью 70% от марочной нормы в летний период и 90% — в зимний период.

Так как все промышленно произведённые ЖБИ по умолчанию соответствуют требованиям ГОСТа, строительные организации могут применять его по назначению сразу же после получения заказанного изделия.

В отличие от строительных организаций, которые заказывают ЖБИ с завода, частные пользователи раствора при заливке опалубки должны иметь четкое представление о том, за какое время бетон набирает прочность.

На фото — работа с бетоном в холодное время года

В среднем, марочный контроль технологи проводят через 28 дней по окончании заливки раствора в опалубку. Можно предположить, что это и есть усреднённый временной показатель, необходимый для набора оптимальных параметров твердости.

При теплой погоде в течение первой недели после укладки происходит интенсивный набор прочности материалом вплоть до условных 70% от марочной нормы. В ходе этого процесса происходит взаимодействие цементных зерен и жидкой среды вплоть до образования гидросиликатов калия.

Важно: Процесс твердения может продолжаться и после набора условных 70% от марочной нормы.
К примеру, некоторые ЖБИ с первоначальной маркой бетона М 200, по прошествии нескольких лет, приобретают прочность, соответствующую материалам с маркой М 400.

Время снимать опалубку

Опалубка под строительство фундамента

Теперь, когда мы определились с тем, сколько дней набирает прочность бетон, определимся с тем, когда можно приступить к демонтажу опалубки.

• Если бетонный фундамент залит своими руками, но с учетом технологических требований и рекомендаций, то приступать к демонтажу опалубки можно уже через трое суток.
  За это время будут достигнуты оптимальные параметры твердости, при которых возможна резка железобетона алмазными кругами. Но, несмотря на это, нагружать конструкцию можно не раньше, чем через неделю.
• Если заливка конструкций и сооружений осуществляется в зимнее время, рост прочности существенно замедляется. Поэтому опалубка может быть снята не ранее, чем через неделю. Нагружать конструкции такого типа и проводить алмазное бурение отверстий в бетоне можно не раньше, чем через 2 недели.

Важно: Заливка опалубки в зимнее время должна осуществляться с применением специальных укрывных материалов, так как не укрытый раствор промёрзнет и вообще не наберет требуемую прочность.

Надо понимать, что эта инструкция важна, так как, если произвести демонтаж раньше времени, велика вероятность появления трещин в толще готовой конструкции. Но надо учитывать то, что передерживать опалубку также нежелательно, поскольку она препятствует свободному доступу воздуха, вследствие чего бетон просыхает неравномерно.

Темпы схватывания и способы контроля данных параметров

На фото — фундамент после своевременного демонтажа опалубки

Возвращаясь к тому, за сколько бетон набирает прочность, рассмотрим темпы поэтапного твердения:

• За первые трое суток после укладки при нормальных температурных условиях материал набирает около 30% от марочной прочности.
• По прошествии 7-14 суток после укладки при нормальных температурных условиях материал набирает свыше 60% от марочной нормы.
• За 28 суток по окончании укладки бетон способен набрать 100% от марочной нормы.
• В течение 90 суток после укладки материал способен набрать до 120% от марочной нормы.
• Дальнейшее твердение и упрочнение конструкций при доступе влаги также происходит, но интенсивность процесса на порядок ниже.

Сильнее всего темпы твердения цементосодержащих растворов тормозит снижение температуры. В результате похолодания, частицы цемента менее активно взаимодействуют с водой. В итоге химические реакции протекают крайне медленно.

Снижение температуры до минусовых значений вообще останавливают процесс твердения. При последующем повышении температуры окружающей среды материал будет твердеть, но на марочный набор прочности в этом случае рассчитывать не приходится.

На фото — результат пересыхания раствора в процессе схватывания

В то же время, повышение температуры в толще материала позволяет резко ускорить темпы твердения. Но, повышая температуру, следует проследить за тем, чтобы раствор в опалубке не высох раньше положенного времени.

Так, например, при нагреве бетона водяным паром до температуры 80°С, для набора 70% от марочной прочности потребуется не менее 16 часов. Таким образом, выполняется промышленная пропарка при изготовлении свай и ряда других железобетонных изделий.

Важно: Нельзя нагревать бетон больше 90 °С, так как при температуре закипания воды химическая реакция, при которой твердение цементосодержащего раствора становится невозможным.

Еще один момент, на который следует обратить особое внимание — твердение цементосодержащего раствора является экзотермическим процессом, при протекании, которого бетон выделяет тепло. В итоге, увеличивая температуру для более интенсивного набора прочности, вы рискуете пересушить бетон, так как к температуре разогрева добавится тепло высвобожденное в ходе экзотермического процесса.

Вывод

Теперь вы знаете о том, сколько набирает прочность бетон и какие факторы определяют интенсивность протекания этого процесса. В результате, вы сможете проследить за тем, чтобы твердение бетонных конструкций осуществлялось в рамках технологических рекомендаций.

Больше полезной и познавательной информации вы сможете обнаружить, посмотрев видео в этой статье.

Что такое прочность бетона и от чего зависит твердение материала

Бетон представляет собой твердый строительный материал искусственного происхождения, который получают путем соединения цемента, щебня, песка и воды. От соотношения вода-цемент зависит прочность бетона — величина, меняющаяся во времени, — один из основных и важнейших показателей качества бетона. Также для добавления теплоизоляционных свойств в бетонный раствор добавляют специальные компоненты, например, керамзитовая крошка, обладающие определенными теплосохраняющими качествами.

 

Как бетон набирает прочность? Условия твердения и набор прочности бетона

 

Набор прочности бетона во времени имеет прямую зависимость — материал набирает прочность постепенно и в течение нескольких лет. Кроме того качество бетона зависит от общих условий производства и твердения:

— тщательное и длительное перемешивание, которое для больших объемов могут обеспечить лишь специальные машины;

— температура воздуха 20±2°С;

— влажность не менее 90%.

 

 

Набор прочности бетона в соответствии с его маркой происходит за 28 дней; специалист может определить ее значение в любой из этих дней по формуле:

Прочность бетона на день n = Марочная прочность *(lg(n) / lg(28)) , где n не менее 3 дней.

К примеру, прочность бетона на 7 сутки при соблюдении условий затвердевания, для марки М50 составляет: набор прочности бетона на 7 день = 46 * lg7 / lg28 = 27,15 (МПа) или 60% от марочной прочности.

 

 

Для необходимого содержания влаги в окружающей среде и для обеспечения беспрерывного процесса твердения, бетон сразу после укладки, и в процессе эксплуатации конструкции, необходимо обильно поливать водой (смачивать). Другой фактор, влияющий на скорость затвердевания — понижение температурных показателей, которое уменьшает ее значение. Справедлива и обратная зависимость, при которой на графике набора прочности бетона видно, как повышение температурных значений, с соблюдением необходимого уровня влажности в воздушном пространстве определенного участка, приводит к ускорению набора прочности бетоном. Данное свойство материала используется, например, для проведения заводской пропарки смеси, применяемой при изготовлении бетонных свай.

 

Что представляет собой график набора прочности бетона и как выбрать марку цемента для производства бетона

 

В строительной сфере используют график набора прочности бетона, который наглядно демонстрирует зависимость временного момента, необходимого для набора 100%-ой прочности, от температурного режима и уровня влажности окружающей среды. Данный фактор важен для операций по уходу за недавно вылитым бетонным слоем и защиты от механических повреждений свежей бетонной кладки, а также, для определения сроков проведения работ и периодов сдачи строительных объектов в эксплуатацию.

 

 

 

Укладка бетона в зимнее время имеет свои особенные технологические параметры, которые влияют на скорость твердения материала. Выделение тепла собственно бетоном после заливки в течение 1 суток позволяет ему набрать небольшую прочность, однако при дальнейшем действии низких температурных режимов и при отсутствии специальных присадок, бетон замерзает без приобретения необходимой твердости. Эксплуатационный уход за бетонным слоем, который еще не набрал установленной технологическими нормами прочности, определен регламентами, которые объединены одним общим положением: бетонную массу необходимо согревать до набора ею определенного процента уровня прочности.

Бетон при схватывании выделяет значительное количество тепловой энергии, при этом увеличивается риск преждевременного высыхания и снижается скорость его замерзания. В связи с этим, принимая в расчет сезон проведения работ с бетоном, применяют:

• летом — портландцемент, который выделяет мало тепла: 200 кДж на 1 кг/7 дней;
• зимой — глиноземистый цемент, выделяющий много тепловой энергии: 200 кДж на 1 кг/1 день.

 

 

Кроме того, для ускорения набора прочности бетоном в условиях минимальной влажности используют пескобетон, с низким водоцементным отношением, а также, добавляют в бетон суперпластификаторы (С-3, Лигнопан Б-4 и пр.)

При выборе марки цемента для производства бетона учитывают не только сезон проведения работ. Это и назначение конструкции, условия эксплуатации с учетом величины отпускной прочности бетона для сборных сооружений и проектный срок использования объектов строительства. Принимая бетонную кладку, при наступлении расчетного срока набора прочности, или определяя качество заводских монолитных элементов из бетона, необходимо осуществлять их проверку по следующим основным критериям:

— внешний вид;
— соответствие проектным геометрическим размерам;
— соответствие проектным уровням наклона и выравнивания;
— наличие закладной части (если обусловлено проектом) и ее антикоррозийная защита;

Через какое время бетон набирает прочность.

Причины почему бетон не набирает прочность

Подавляющее большинство самодеятельных строителей считают по не совсем понятным причинам, что за окончанием укладки в опалубку либо завершением работ по выравниванию стяжки процесс бетонирования законченным. Между тем, время схватывания бетона значительно больше, чем время на его укладку. Бетонная смесь – живой организм, в котором по окончании укладочных работ происходят сложные и протяженные по времени физико-химические процессы, связанные с превращением раствора в надежную основу строительных конструкций.

Прежде чем производить распалубку и наслаждаться результатами приложенных усилий, нужно создать максимально комфортные условия для созревания и оптимальной гидратации бетона, без которой невозможно достижение требуемой марочной прочности монолита. Строительные нормы и правила содержат выверенные данные, которые приведены в таблицах времени схватывания бетона.

Температура бетона, С	Срок твердения бетона, сутки
	1	2	3	4	5	6	7	14	28
	Прочность бетона, %
0	20	26	31	35	39	43	46	61	77
10	27	35	42	48	51	55	59	75	91
15	30	39	45	52	55	60	64	81	100
20	34	43	50	56	60	65	69	87	—
30	39	51	57	64	68	73	76	95	—
40	48	57	64	70	75	80	85	—	—
50	49	62	70	78	84	90	95	—	—
60	54	68	78	86	92	98	—	—	—
70	60	73	84	96	—	—	—	—	—
80	65	80	92	—	—	—	—	—	—

Уход за бетоном после заливки: основные цели и методы

Процессы, связанные с проведением мероприятий, которые предшествуют распалубке, содержат несколько технологических приемов. Цель выполнения таких мероприятий одна – создание железобетонной конструкции, максимально соответствующей по своим физико-техническим свойствам параметрам, которые заложены в проект. Основополагающим мероприятием, безусловно, является уход за уложенной бетонной смесью.

Уход заключается в выполнении комплекса мероприятий, которые призваны создать условия, оптимально соответствующие происходящим в смеси физико-химическим преобразованиям, во время набора прочности бетона. Неукоснительное следование предписанным технологией ухода требованиям позволяет:

• свести к минимальным значениям усадочные явления в бетонном составе пластического происхождения;
• обеспечить прочностные и временные значения бетонного сооружения в параметрах, предусмотренных проектом;
• предохранить бетонную смесь от температурных дисфункций;
• препятствовать прелиминарному отвердению уложенной бетонной смеси;
• предохранить сооружение от различного происхождения воздействий механического или химического генеза.

Процедуры ухода за свежеобустроенной железобетонной конструкцией следует начинать непосредственно по окончании укладки смеси и продолжаться до тех пор, пока ей не будет достигнуто 70 % прочности, предусмотренной проектом. Это предусматривается требованиями, изложенными в пункте 2.66 СНиПа 3.03.01. Распалубку можно провести и в более ранние сроки, если это обосновано сложившимися параметрическими обстоятельствами.

После окончания укладки бетонной смеси следует провести осмотр опалубочной конструкции. Цель такого осмотра – выяснение сохранения геометрических параметров, выявление протечек жидкой составляющей смеси и механических повреждений элементов опалубки. С учетом того, сколько времени застывает бетон, точнее сказать – с учетом времени его схватывания, проявившиеся дефекты необходимо устранить. Среднее время, за которое может схватиться свежеуложенная бетонная смесь, составляет около 2-х часов, в зависимости от температурных параметров и марки портландцемента. Конструкцию необходимо предохранять от любого механического воздействия в виде ударов, сотрясений, вибрационных проявлений столько, сколько времени сохнет бетон.

Стадии набора прочности бетонной конструкцией

Бетонная смесь любого состава имеет свойство схватываться и получать необходимые прочностные характеристики при прохождении двух стадий. Соблюдение оптимального соотношения временных, температурных параметров и значений приведенной влажности имеет определяющее значение для получения монолитной конструкции с запланированными свойствами.

Стадийные характеристики процесса заключаются в:

• схватывании бетонного состава. Время предварительного схватывания не велико и составляет ориентировочно 24 часа при средней температуре +20 Со. Начальные процессы схватывания происходят в течение первых двух часов по затворении смеси водой. Окончательное схватывание происходит, как правило, в течение 3–4 часов. Применение специализированных полимерных добавок позволяет, при определенных условиях, период начального схватывания смеси сократить до нескольких десятков минут, но целесообразность такого экстремального метода бывает оправданной по большей части при поточном производстве железобетонных элементов промышленных конструкций;
• отвердевании бетона. Бетон набирает прочность, когда в его массе протекает процесс гидратации, иными словами – удаление воды из бетонной смеси. Часть воды при прохождении этого процесса удаляется при ее испарении, другая часть связывается на молекулярном уровне с составляющими смесь химическими соединениями. Гидратация может происходить при неукоснительном соблюдении температурно-влажностного режима отвердевания. Нарушение условий приводит к сбоям в прохождении физико-химических процессов гидратации и, соответственно, к ухудшению качества железобетонной конструкции.

Зависимость времени набора прочности от марки бетонной смеси

Логически понятно, что применение для приготовления бетонных составов разных марок портландцемента приводит к изменению времени твердения бетона. Чем выше марка портландцемента, тем меньше время для набора прочности требуется смеси. Но при использовании любой марки, будь это марка 300 либо 400, не следует прикладывать к железобетонной конструкции значительные механического характера нагрузки раньше, чем по истечении 28 дней. Хотя время схватывания бетона по таблицам, приведенным в строительных правилах, может быть и меньше. Особенно это касается бетонов, приготовленных с применением портландцемента марки 400.

Марка цемента	Время твердения различных марок бетона
	за 14 суток		за 28 суток
	100	150	100	150	200	250	300	400
300	0.65	0.6	0.75	0.65	0.55	0.5	0.4	—
400	0.75	0.65	0.85	0.75	0.63	0.56	0.5	0.4
500	0.85	0.75	—	0.85	0.71	0.64	0.6	0.46
600	0.9	0.8	—	0.95	0.75	0.68	0.63	0.5

Проектирование, строительство и окончательное обустройство любых построек с применением железобетонных компонентов требует внимательного отношения ко всем стадиям возведения. Но от тщательности изготовления бетонных составляющих, в особенности фундаментов, в значительной степени зависит долговечность и надежность всего сооружения. Соблюдение сроков, за какое время схватываются бетонные смеси и составы, можно с уверенностью назвать основой успеха в любом строительном процессе.

Возведение конструкций различной конфигурации и назначения предполагает заливку фундамента. Поэтому многие строители, преимущественно начинающие, интересуются тем, каково же время набора прочности бетона. Сразу стоит отметить, что этот процесс зависит от многочисленных моментов, среди которых не только условия окружающей среды, но и составляющие самого раствора, используемого для заливки фундамента.

В этой статье мы попробуем разобраться, как набирает прочность бетон и есть ли методы ускорения этого процесса.

В чем суть процесса?

Условно, он делится на 2 этапа:

1. Схватывание. Этот этап происходит в течение первых 24 часов после замешивания основы. Время схватываемости раствора зависит от показателей температуры в помещении или на улице. И если обеспечить должные условия, то можно ускорить схватывание бетонной массы.
2. Твердение. Как только основа схватится, то наступает затвердение. Как ни странно, но затвердевание фундамента продолжается в течении 12-24 месяцев. При этом заявленные производителем значения, при обеспечении благоприятных условий, определяется на 28 день после заливки.

Интересно, что во многих источниках можно найти, от чего зависит кинетика набора прочности — температур, время. влажность, качество ингредиентов. Но мало где найдешь ответ на вопрос, за счет чего бетон набирает прочность? Это происходит в процессе гидратации цемента.

В сухом материале присутствуют 4 основных элемента:

• аллит;
• белит;
• трехкальциевый алюминат;
• четырехкальциевый аллюмоферрит.

Первым при замесе в реакцию вступает аллит, но это самый хрупкий минерал. Далее идут алюминаты и алюмоферриты. Последним в реакцию вступает белит, он же и дает необходимую прочность. При этом он гидратируется постепенно, ежегодно набирая нужные параметры. Даже спустя 50 лет процесс гидратации идет, соответственно, все это время бетон продолжает набирать прочность.

Процесс гидратации цемента начинается с момента смешения с водой и продолжается в течение долгого времени

Что же касается именно бетона, то его параметры зависят от степени гидратации цемента. Если речь идет о низкой степени, то спустя 4 недели она достигнет искомых 90%. В высокопрочном составе через это же время будет только половина (до 49%), и в дальнейшем с течением времени она будет только нарастать. В среднем за 3-5 лет прирост составляет порядка 60%.

Что влияет на вызревание фундамента

Как было сказано ранее, на то, сколько бетон набирает прочность, влияет целый ряд нюансов, к основным из которых относится:

• температурные условия окружающей среды;
• уровень влажности в месте, где производится заливка основы;
• марка цемента;
• время.

Температурные условия

Набор прочности бетона в зависимости от температуры окружающей среды, это актуальный вопрос для большинства людей, которые собственными силами занимаются заливкой фундамента. Тут стоит запомнить одно главное правило: чем холоднее на улице или в помещении, где проводится бетонирование поверхности, тем больше время твердения.

При температуре ниже 0°С укрепление основы приостанавливается и, как следствие, срок набора прочности увеличивается на неопределенное время. Порой достижение заявленных производителем прочностных характеристик происходит спустя несколько лет. Это когда процесс происходит в северных регионах. Такое явление обусловлено тем, что вода, имеющаяся в цементной массе, замерзает. А поскольку за счет влаги обеспечивается необходимая для процесса гидратация, то и затвердевание, так сказать, «замораживается».

Но как только на улице начнет теплеть и станет выше нулевой отметки, твердение продолжится. И так далее. Так выглядит набор прочности бетона в зависимости от температуры.

Теплые погодные условия «активизируют» и ускоряют твердение цементной основы. Скорость твердения бетона в зависимости от температуры прямо пропорциональна увеличению показателей окружающей среды. Так, при 40°С заявленные производителем показатели достигаются через 7-8 дней. Именно по этой причине многие опытные специалисты рекомендуют проводить заливку бетонного фундамента на приусадебном участке в жаркую погоду, за счет чего требуется гораздо меньше времени на организацию всего строительного процесса в целом, нежели в случае с заливкой фундамента в более холодную погоду.

Зимой, как только температура опускается до отметки 0 градусов, процесс гидратации полностью прекращается

Но даже в этом случае не стоит «пережаривать» бетон — пока нижние слои схватятся, верхние начнут трескаться. Это не добавляет ни эстетики, ни твердости. При проведении работ в жаркое время поверхность 2-3 раза в день обильно поливают водой и накрывают целлофаном.

За сколько бетон набирает прочность в зимнее время года? По сути, возведение фундамента зимой — это трудоемкий процесс, который требует использования специального оборудования для регулярного прогрева цементной массы с целью ускорения процесса его затвердевания.

При работе с бетонной массой с целью ускорения ее затвердевания нагрев свыше 90°С недопустим. Это может привести к растрескиванию будущей поверхности.

Для того, чтобы понять каким образом температура влияет на процесс затвердевания, можно изучить график набора прочности бетона. Это позволит визуально разобраться в данном явлении. График набора состоит из линий, которые выстроены на основании данных, собранных для цемента М400 при разном режиме.

График твердения бетона позволяет определить, какое процентное соотношение от марочных показателей будет достигнуто через некоторый временной промежуток. Проще говоря, по этим линиям можно узнать, сколько дней масса набирает марочное значение твердости при той или иной температуре.

Время

С целью определения оптимального, можно даже сказать, безопасного срока начала проведения строительных работ зачастую берется во внимание таблица набора прочности. По ней можно с легкостью определить за какое время застынет фундамент, приготовленной из той или иной марки цемента. Поэтому опытные специалисты всегда и пользуются подобными информационными таблицами.

Марка цемента	Среднесуточная t цементной основы, °С	Срок затвердевания по суткам
		Показатели твердости бетонной массы на сжатие (% от заявленной)
М200-300, замешанный на портландцементе марки 400-500

В том случае, если нормативно-безопасный срок установлен на отметке в 50%, то самым оптимальным сроком старта строительных работ будет 72-80% от заявленных марочных показателей.

Показатели влажности

Сниженные показатели влажности окружающей среды негативно отражаются на процессе твердения фундаментной базы. При полнейшем отсутствии влаги процесс гидратации практически не происходит, и набор твердости неизбежно останавливается. Именно поэтому очень важно следить за влажностью заливаемого фундамента.

Если в помещении или на улице, где осуществляется заливка или кладка фундамент, повышенная влажность (70-90°), то скорость нарастания прочностных показателей возрастает.

Прогрев до такого высокого температурного режима при минимальных значениях влажности обязательно приведет к засыханию залитой поверхности и снизит скорость твердения. Чтоб избежать таких последствий, необходимо регулярно производить увлажнение. При таких обстоятельствах в жаркую погоду твердение будет происходить очень быстро.

ВИДЕО: Сколько твердеет бетон

Состав и эксплуатационные данные цемента

Если цемент обладает способностью тепловыделения и сразу после заливки он быстро твердеет, то после замерзания в цементной массе воды процесс твердения неизменно остановится. По этой причине во время строительных работ холодное время года лучше отдавать предпочтение смесям, приготовленным на основе противоморозных добавок.

Так, к примеру, глиноземистая масса после заливки выделяет в 7 раз больше теплоэнергии, нежели обычный портландцемент. Благодаря этому замешанная на основе такого цемента строительная смесь способна быстро набирать прочность даже при температуре ниже 0°С. что, собственно, и обусловлено его популярностью использования в холодное время года.

Стоит отметить и то, что марка цемента также влияет на скорость твердения заливки или кладки. Представленная дальше таблица наглядно демонстрирует эти данные.

Вот, собственно, и все, что нужно знать о затвердевании фундамента. Надеемся, эта информация будет использована вами на практике и поможет достичь поставленной задачи наилучшим образом!

ВИДЕО: Как ускорить затвердевание бетона

Уход за бетоном

Стоп-халтура! Очень и очень многие дачные строители думают, что следующая важная операция после окончания укладки бетона в опалубку — это распалубка и наслаждение результатами своего труда. На самом деле это не так. После окончания укладки бетона в опалубку начинается следующий серьезный строительный технологический процесс — уход за бетоном. С помощью создания оптимальных условий для гидратации в процессе ухода за бетоном достигается планируемая марочная прочность бетонного камня. Отсутствие этапа ухода за бетоном может привести к деформациям, возникновению трещин и уменьшению скорости набора прочности бетоном.
Уход за бетоном — это комплекс мероприятий по созданию оптимальных условий для выдерживания бетона до набора установленной марочной прочности. Основные цели ухода за бетоном:

• Минимизировать пластическую усадку бетонной смеси;
• Обеспечить достаточную прочность и долговечность бетона;
• Предохранить бетон от перепадов температур;
• Предохранить бетон от преждевременного высыхания;
• Предохранить бетон от механического или химического повреждения.

Уход за свежеуложенным бетоном начинается сразу же после окончания укладки бетонной смеси и продолжается до достижения 70 % проектной прочности [пункт 2.66 СНиП 3.03.01-87] или иного обоснованного срока распалубки .
По окончании бетонирования необходимо осмотреть опалубку на предмет сохранения заданных геометрических размеров, течей и поломок. Все выявленные дефекты следует устранить до начала схватывания бетона (1-2 часа от укладки бетонной смеси). Твердеющий бетон необходимо предохранять от ударов, сотрясений и любых других механических воздействий.
В начальный период ухода за бетоном, сразу же после окончания его укладки во избежание размыва и порчи его поверхности, бетон следует укрыть полиэтиленовой пленкой, брезентом или мешковиной.
Особенно тщательно следует сохранять температурный и влажностный режим твердения бетона. Нормальная влажность для твердения это 90-100% в условии избытка воды. Как показано выше в таблице № 52 набор прочности в условиях влажности существенно увеличивает итоговую прочность цементного камня.

При преждевременном обезвоживании (которое также может произойти при утечке цементного молока из негидроизолированной опалубки) бетон получает недостаточную прочность поверхностей, склонность к отслаиванию песка от бетона, увеличенное водопоглощение, сниженную устойчивость против атмосферных и химических воздействий. Также при преждевременном обезвоживании возникают ранние усадочные трещины, и возникает опасность последующего образования поздних усадочных трещин. Преждевременные усадочные трещины образуются в первую очередь вследствие быстрого уменьшения объема свежеуложенного бетона на открытых участках поверхности за счет испарения и выветривания воды. При высыхании бетона он уменьшается в объеме и дает усадку. В результате этой деформации возникают структурные и внутренние напряжения, которые могут привести к трещинам. Усадочные трещины появляются сначала на поверхности бетона, а затем могут проникать вглубь. Поэтому необходимо позаботиться об отсроченном высыхании бетона. Оно должно начаться только тогда, когда бетон наберет достаточную прочность, чтобы выдерживать усадочное напряжение без образования трещин. При образовании ранних трещин, когда бетон еще остается пластичным, образующиеся усадочные трещины можно закрыть с помощью поверхностной вибрации.
Высыхание бетона ускоряется на ветру, при пониженной влажности и при температуре воздуха ниже, чем температура твердеющего бетона. Поэтому поверхность бетона надо предохранять от высыхания в период ухода за бетоном. После того как бетон наберет прочность 1,5 МПа (примерно 8 часов твердения) нужно регулярно увлажнять поверхность бетона водой путем рассеянного полива (не струей!). Можно укрыть поверхность мешковиной, брезентом или опилками и смачивать их водой, укрывая сверху полиэтиленовой пленкой, создавая условия по типу влажно-высыхающего компресса. Увлажнение бетона не проводится при среднесуточных температурах ниже +5°С. При угрозе промерзания бетон можно укрыть дополнительно теплоизолирующими материалами (пенопластом, минеральной ватой, ветошью, сеном, опилками и т.п.).
Даже если постоянное увлажнение бетона водой невозможно, бетон следует укрыть полимерной пленкой толщиной не менее 0,2 мм (200 микрон). Полотнища пленки должны быть уложены максимально возможными цельными кусками с минимум швов. Соединяют полотнища пленки внахлест с перекрытием в 30 см с проклейкой клейкой лентой. Кромки пленки должны плотно прилегать к бетону, чтобы минимизировать испарение воды из-под пленки.
Во избежание повреждения свежеуложенного бетона движущими грунтовыми водами необходимо оградить его от размывания до достижения прочности не ниже 25% (1-5 суток в зависимости от условий при положительной температуре).
Срок окончания ухода за бетоном совпадает со сроком его безопасной распалубки.

Таблица №69. Относительная прочность бетона на сжатие при различных температурах твердения

Бетон	Срок твердения, суток	Среднесуточная температура бетона, °С
		прочность бетона на сжатие % от 28-суточной
М200 — М300 на портландцементе М-400, М-500

*Условно безопасный строк начала работ на фундаменте.

Уход за бетоном и температурный режим

Температура свежеприготовленной бетонной смеси не должна превышать 30 °C. При бетонировании при среднесуточной температуре воздуха от + 5°C до — 3°C, температура бетонной смеси при массе цемента более 240 кг /м3 (марка бетона М200 и выше) должна быть не менее +5°C, а при меньшем количестве цемента не менее +10°C.
Безопасное бетонирование при температуре воздуха менее — 3°C и однократное замораживание бетона и его оттаивание возможно только тогда, когда температуру бетонной смеси как минимум в течение 3 дней поддерживалась на уровне не ниже + 10 °C.

Бетонирование при холодной погоде

При холодной погоде наблюдается замедление схватывания и нарастания прочности бетона. При среднесуточной температуре + 5 °C требуется в два раза больше времени, чтобы бетон достиг такой же прочности, как при температуре +20 °C. При температуре, близкой к температуре замерзания, набор прочности бетона практически прекращается. Если свежий бетон замерзает, то его структура может разрушиться. Неиспользованная при гидратации цемента избыточная вода образует в твердеющем бетоне систему капиллярных пор.
При воздействии мороза вода, находящаяся в порах, полностью или частично замерзает, а образуемый в результате замерзания лед оказывает давление на стенки пор, которые могут привести к разрушению их структуры. Замерзание бетона в раннем возрасте влечет за собой значительное понижение его прочности после оттаивания и в процессе дальнейшего твердения по сравнению с нормально твердевшим бетоном. Это происходит из-за разрыва кристаллами льда связей между поверхностью зернистого заполнителя и цементным клеем (цементным камнем).
Устойчивости свежеуложенного бетона к замерзанию можно добиться специальным составом бетонной смеси и требуемыми сроками твердения бетона при положительной температуре.

Таблица №70. Время твердения бетона, необходимое для достижения достаточной стойкости к замерзанию (директива RILEM*)

	Температура бетона (среднесуточная температура)
Класс прочности цемента	5 °C	12 °C	20 °C
	Необходимое время твердения (дни) для достижения устойчивости к замерзанию бетона с водоцементным отношением 0,60
М400 Д20 32,5 Н (32,5N)
32,5R (быстротвердеющий)
4 2,5N
45 ,5R (быстротвердеющий)

*Международный союз лабораторий и экспертов в области строительных материалов, систем и конструкций.

Таблица № 71 Время твердения бетона, необходимое для достижения достаточной стойкости к замерзанию *

Класс (марка) бетона	Прочность бетона монолитных конструкций к моменту замерзания, %	Количество суток выдержки бетона при температуре бетона
В7,5-В10 (М100)
В12,5-В25 (M150 — М 350)
В30 (М400) и выше
Бетон в водонасыщенным состоянии с попеременными циклами замораживания
Бетон с противоморозными добавками, рассчитанными на определенную температуру

*Адаптировано с упрощением из таблицы №6 СНиП 3.03.01-87
К эффективным мерам для производства работ по бетонированию в зимнее время относятся:

• использование цемента с быстрым набором прочности (литера “R” в классе прочности),
• повышение содержания цемента в бетонной смеси,
• снижение водоцементного отношения,
• предварительный подогрев заполнителей (до + 35°C) и воды (до + 70°C) для бетонной смеси [таблица 6 СНиП 3.03.01-87] ,
• использование противоморозных и воздухововлекающих добавок.

При применении подогрева бетона нельзя нагревать его до температур выше +30°C. При применении горячей воды с температурой до + 70°C ее предварительно следует смешать с зернистым заполнителем (до введения цемента в бетонную смесь), чтобы не «запарить» цемент. Для этого соблюдают следующую очередность загрузки материалов в бетоносмеситель:

• одновременно с заполнителем подают основную часть нагретой воды,
• после нескольких оборотов подают цемент и заливают остальную часть воды,
• продолжительность перемешивания увеличивают в 1,25 -1,5 раза по сравнению с летними нормами для получения более однородной смеси (минимум 1,5 — 2 минуты),
• продолжительность вибрирования бетонной смеси увеличивают в 1,25 раза.

При предварительном разогреве бетонной смеси, а также при применении бетона с противоморозными добавками допускается укладывать смесь на неотогретое непучинистое основание (песчаную подушку) или старый бетон, если по расчету в зоне контакта на протяжении расчетного периода выдерживания бетона не произойдет его замерзания [пункт 2.56 СНиП 3.03.01-87]. После укладки бетона и вибрирования, его необходимо укрыть полимерной пленкой и теплоизолирующими материалами (в том числе возможно использование снега), чтобы сохранить выделяющееся тепло при гидратации цемента (на протяжении 3-7 суток в нормальных условиях). При морозах следует построить над фундаментом парник и подогревать его.

Для самодеятельных дачных строителей без опыта можно рекомендовать придерживаться следующего правила: производить бетонные работы при ожидаемых среднесуточных температурах в пределах 28 суток от момента заливки фундамента ниже +5 °C не рекомендуется.
Также следует помнить, что не допускается оставлять малозаглубленные (незаглубленные) фундаменты незагруженными на зимний период . Если это условие по каким-либо обстоятельствам оказывается невыполнимым, вокруг фунда-ментов следует устраивать временно теплоизоляционные покрытия из опилок, шлака, керамзита, шлаковаты, соломы и других материалов, предохраняющих грунт от промерзания [пункт 6.6 ВСН 29-85]. Выпуски арматуры забетонированных конструкций должны быть укрыты или утеплены на высоту (длину) не менее чем 0,5 м.

Бетонирование при жаркой погоде

Повышение температуры бетона активизирует взаимодействие воды и цемента и ускоряет твердение бетона. С другой стороны, избыточный нагрев бетонной смеси приводит к расширению, которое фиксируется при схватывании бетона и твердении цементного камня. В дальнейшем, при охлаждении бетон сжимается, однако возникшая структура препятствует этому, и в бетоне возникают остаточные напряжения и деформации. Обычно бетон сильнее нагревается с поверхности, поэтому и избыточное напряжение в первую очередь возникает у его поверхности, где могут образовываться трещины. Критический период времени, когда образуются усадочные трещины, часто начинается через час после приготовления бетонной смеси и может продолжаться от 4 до 16 часов.
При прогнозируемой среднесуточной температуре воздуха выше + 25°C и относительной влажности воздуха менее 50% для бетонирования рекомендуется использовать быстротвердеющие портландцементы, марка которых должна превышать марочную прочность бетона не менее чем в 1,5 раза. Для бетонов класса В22,5 и выше допускается применять цементы, марка которых превышает марочную прочность бетона менее чем в 1,5 раза при условии применения пластифицированных портландцементов или введения пластифицирующих добавок [пункт 2.63 СНиП 3.03.01-87]. Либо использовать добавки, замедляющие сроки твердения бетона.
Также разумным может быть укладка бетона в утреннее, вечернее или ночное время при падении температуры воздуха и исключения воздействия на бетонную смесь солнечных лучей.
При бетонировании температура поверхности бетона не должна превышать + 30 +35°C. При появлении на поверхности уложенного бетона трещин вследствие пластической усадки допускается его повторное поверхностное вибрирование не позднее чем через 0,5-1 ч после окончания укладки. В особых случаях для охлаждения бетона можно использовать чешуйчатый лед.
Свежеуложенную бетонную смесь надо защищать от обезвоживания из-за воздействия температуры воздуха, солнечных лучей и ветра. После набора бетоном прочности 0,5 МПа, уход за бетоном должен заключаться в обеспечении постоянного влажного состояния поверхности путем устройства влагоемкого покрытия и его постоянного увлажнения, выдерживания открытых поверхностей бетона под слоем воды или непрерывного распыления влаги над поверхностью конструкций с помощью распылителя для газонов или перфорированного шланга. При этом только периодический полив водой открытых поверхностей твердеющих бетонных и железобетонных конструкций не допускается.
Во избежание возможного возникновения термонапряженного состояния в монолитных конструкциях при прямом воздействии солнечных лучей свежеуложенный бетон следует защищать отражающей (фольгированной) полимерной пленкой или бумагой в комбинации с теплоизолирующими материалами. При использовании деревянной опалубки, ее также нужно постоянно поливать водой.
Особенно актуальны меры по охлаждению твердеющего бетона при минимальном размере сечения фундаментной ленты 80 см и более. В этом случае при гидратации выделяется слишком много тепла и перегрев бетона и последующее образование трещин возможно даже при обычных температурных условиях.

Таблица №72. Мероприятия по уходу за бетоном в зависимости от температуры воздуха.

Мероприятия по уходу за бетоном	Температура воздуха °C
		от -3°C до +5°C	от +5°C до +10°C	от +10°C до +15°C	от +15°C до +25°C	> + 2 5°C
Накрыть пленкой, увлажнять поверхность, увлажнять опалубку, покрыть бетон влагосохраняющим материалом					Да при сильном ветре
Накрыть пленкой, увлажнять поверхность.
Накрыть пленкой, положить теплоизоляцию
Накрыть пленкой, положить теплоизоляцию, устроить парник, подогревать 3 дня до T +10°C
Постоянно поддерживать тонкий слой воды на поверхности бетона

Вопрос: сколько нужно ждать, пока произойдет затвердения бетона? Как и за какое время бетон набирает прочность? Действительно ли нужно ждать 28 суток после того, как залит бетон? Когда можно нагружать бетонные конструкции?

Каждому застройщику или строителю выгоднее построить конструкцию, здание или сооружение за кратчайшие сроки. Но бытует целый ряд мнений о том, что необходимо после выполнения работ по бетонированию конструкций ждать пока конструкция «затвердеет» , чтоб потом приступить к следующему этапу строительства.

Нужно ли после заливки бетона ожидать 28 суток?

Для правильного вывода необходимо проанализировать нормативные документы и определить режим, этапы и сроки строительства.

При выполнении бетонных работ сталкиваются с двумя актуальными вопросами:

1. Через какое время можно снимать опалубку?
2. Через какое время можно нагружать железобетонный элемент или конструкцию?

Рассмотрим последовательно эти вопросы.

Для сборных железобетонных изделий очень важно определить отпускную прочность .

Отпускная прочность – это набранная прочность бетона, устанавливаемая нормативами, при которой железобетонное изделие возможно поставлять с завода на строительную площадку.

Величина отпускной прочности устанавливается согласно ГОСТов или других нормативных документов в зависимости от:

• вида и размера конструкции;
• состава бетона;
• условий твердения;
• температуры окружающей среды и климатических условий региона;
• сроком и величины загрузки;
• условия транспортировки.

Ниже, в таблице 1 приводятся в зависимости от вида и класса бетона, усредненные значения отпускной прочности в процентах от проектной.

Таблица 1

Итак, отпускная прочность сборных железобетонных изделий в зависимости от целого ряда факторов составляет 50÷100% от проектной. Вывод №1: при достижении отпускной прочности можно уже производить монтаж и затем нагружать железобетонные конструкции, с расчетом на то, что полное нагружение (100%) наступит не позже 28 суток от момента изготовления изделий. Более конкретный порядок и сроки нагружения сборных конструкций оговаривается в ППР (проект производства работ).

Также в строительстве существует такое понятие, как распалубочная прочность .

Распалубочная прочность – это минимальная набранная прочность бетона, при которой возможно извлечь опалубку, не повреждая бетон. Для сборных железобетонных изделий опалубочная прочность должна быть достаточная для безопасной транспортировки. Условия и скорость набора прочности для каждого изделия или конструкции определяются предприятием-изготовителем.

В условиях стройплощадки, при изготовлении монолитных конструкций распалубку, как правило выполняют непосредственно перед началом загружения конструкции.

СНиП 3.03.01-87 устанавливает следующие условия распалубки железобетонных конструкций (смотри таблицу 2 ).

Таблица 2

Параметр	Распалубочная прочность (% от нормативной, на 28 сут)
Прочность бетона (в момент распалубки конструкций), не ниже:
— теплоизоляционного	0,5 МПа
— конструкционно-теплоизоляционного	1,5 МПа
— армированного	3,5 МПа, но не менее 50 % проектной прочности
— предварительно напряженного	14,0 МПа, но не менее 70 % проектной прочности
Распалубка железобетонных конструкций с последующей обработкой бетона (п. 2.34)	70 % от проектной прочности

Российский нормативный документ ТР 80-98 «Технические рекомендации по технологии бетонирования безобогревным способом монолитных конструкций с применением термоса и ускоренного термоса» приводит следующие разрешения по распалубки и нагрузки конструкций, таблица 3.

Необходимая прочность бетона для распалубки и нагрузки конструкции:

Таблица 3

Строительные конструкции
	свыше 70%	70% и менее
	прочность бетона, % от проектной
Боковые щиты опалубки на фундаменте и колоннах, стенах, ригелей и балок допускается при нормальных условиях твердения	Снимать через 6 — 72 ч
Несущие щиты опалубки	100	См. ниже
Длина пролета несущих железобетонных плит до 3 м	100	70
Длина пролета несущих железобетонных плит (кроме плит) до 6 м	100	70
Колонны, несущие конструкции (балки, ригели, плиты) пролетом 6 м и более	100	80
Конструкции с напрягаемой арматурой	100	80

Примечания:

1. Следует твердо помнить, что полностью на 100 % загружать конструкцию можно только, когда бетон наберет свою полную проектную прочность.
2. Снимать боковые щиты ненесущей части опалубки можно при условии, когда разность температур между бетоном и наружным воздухом соответствует следующему условию:

• Dt = 20 °С для конструкций с М п = 2 – 5;
• Dt = 30 °С для конструкций с М п больше 5, где М п — модуль поверхности конструкции (отношение суммы площадей охлаждаемых поверхностей конструкций в м 2 к ее объему в м 3), м -1 .

Дальнейшие мероприятия по выполнению опалубочных работ и движение работников по железобетонным конструкциям допускается, когда прочность бетона составляет 1,5 МПа и более. (СНиП 3.03.01-87 , п. 2.17). Также, в этом нормативном документе есть указание (п.2.110), что при использовании промежуточных опор (подпорок) для перекрытия пролетов, при частичной или последовательной снятии опалубки, допустимая распалубочная прочность может быть понижена, а это означает большую оборачиваемость опалубки и уменьшения сроков строительства. Более конкретные мероприятия по раннем снятие опалубки должно определятся исходя из конкретных условий строительства и освещаться в ППР.

Некоторые литературные источники указывают следующие значения для распалубки железобетонных конструкций, табл. 4 :

Таблица 4

Вывод №2: исходя из всего выше приведенного и анализируя все таблицы по распалубочной прочности бетона и его нагружении, распалубочная прочность находится в пределах 50…80% от проектной. Тогда:

1. распалубку конструкции допускается проводить, когда фактическая прочность бетона достигнет 70% от проектной, и в этом случае можно постепенно загружать дальше;
2. распалубку конструкции допускается проводить, при фактической прочности 50% от проектной, только необходимо установить дополнительные опоры для страховки и исключения прогибов. В этом случае также можно постепенно нагружать конструкцию (ставить опалубку, кладку, и т.д.).

Через сколько времени бетон может набрать распалубочную прочность, при которой можно еще и нагружать конструкцию?

Как уже выше вспоминалось, при разных условиях (температура, влажность, атмосферные осадки и т.д.) разный бетон набирают прочность по разному. На рис. 2 приведен график скорости набора прочности в зависимости от температуры ТВО (тепло влажностной обработки).

Из графика видно, что в лабораторных условиях при постоянной температуре 60°С среднюю распалубочную прочность бетон (70%) приобретает через 32 часа (1,3 сут), а при температуре 30°С – приобретает примерно за 4 сут.

Так как на строительных объектах, в течении суток температура окружающего воздуха колеблется, то берут во внимание среднесуточную температуру, которая летом составляет 18…28°С, а осенью достигает и 5…10°С. При таких температурах бетон будет набирать прочность намного медленнее.

Рис. 1. График скорости набора прочности бетона в зависимости от температуры ТВО (тепло влажностной обработки)

На предприятиях по изготовлению бетона и конструкций из него, должны быть графики набора прочности бетона определенного состава. Для примерного определения прочности конкретного бетона, можно воспользоваться графиками набора прочности в зависимости от вида цемента, температуры и класса бетона (рис. 2 ) из нормативных документов .

Ниже приведен рост прочности бетона в зависимости от температуры окружающего воздуха или ТВО, (в % от R 28):

Графики набора прочности (табл. 5-9)

Набор прочности бетона класса С15 – С25 на портландцементе марки М400 (% от R 28):

Таблица 5

Возраст бетона, сут.	Температура бетона, °С
	-3	0	5	10	20	30	40	50	60
1/2	—	1	4	5	12	17	28	38	50
1	3	5	9	12	23	35	45	55	63
2	6	12	19	25	40	55	65	75	80
3	8	18	27	37	50	65	77	85	—
5	12	28	38	50	65	78	90	—	—
7	15	35	48	58	75	87	98	—	—
14	20	50	62	72	87	100	—	—	—
28	25	65	77	85	100	—	—	—	—

Набор прочности бетона класса С30 на портландцементе марки М500 (% от R 28):

Таблица 6

Возраст бетона, сут.	Температура бетона, °С
	-3	0	5	10	20	30	40	50	60
1	—	8	12	18	28	40	55	65	70
2	—	16	22	32	50	63	75	85	90
3	10	22	32	45	60	74	85	92	98
5	16	32	45	58	74	85	96	—	—
7	19	40	55	66	82	92	100	—	—
14	25	57	70	80	92	100	—	—	—
28	30	70	90	90	100	—	—	—	—

Набор прочности бетона класса С15 – С25 на шлакопортландцементе марки М400 (% от R 28):

Таблица 7

Возраст бетона, сут.	Температура бетона, °С
	-3	0	5	10	20	30	40	50	60
1/2	—	—	2	4	7	20	25	32	42
1	—	3	6	10	16	30	40	50	65
2	3	8	12	18	30	40	60	75	90
3	5	13	18	25	40	55	70	90	—
5	8	20	27	35	55	65	85	—	—
7	10	25	34	43	65	70	92	—	—
14	12	35	50	60	80	96	100	—	—
28	15	15	65	80	100	—	—	—	—

Набор прочности бетона класса С40 на портландцементе марки М600 (% от R 28):

Таблица 8

Возраст бетона, сут	Температура бетона, °С
	0	5	10	20	30	40
1	8	13	21	32	45	59
2	17	25	36	52	65	75
3	23	35	46	62	74	83
7	42	57	68	83	90	98
14	58	73	82	94	100	—
28	71	83	92	100	—	—

Набор прочности бетона с применением противоморозных добавок:

Таблица 9

Противоморозная добавка	Вид вяжущего	Температура твердения бетона, °С	Прочность бетона, % от R 28 при твердении на морозе через число суток
			7	14	28	90
1) Нитрит натрия (в водном растворе), Na N O 2	портландцемент	-5	25	40	60	100
		-10	15	25	35	70
		-15	5	10	20	50
2) Нитрит натрия кристаллический, Na N O 2	портландцемент	-5	25	40	60	100
		-10	15	25	35	70
		-15	5	10	20	50
3) Нитродап	шлакопортландцемент	-5	15	25	45	90
		-10	10	15	25	60
		-15	—	5	15	40

Вывод №3: из графиков и таблиц видно, что бетон на основе портландцемента при среднесуточной температуре 10 и выше набирает 50% прочности от проектной за 5…7 суток, а бетон на шлакопортландцементе набирает при тех же самых условиях – за 14 и более суток. Зимой при отрицательных температурах с применением даже противоморозных добавок (табл.9) бетон набирает проектную прочность за 90 суток и больше. Для ускорения времени набора требуемой прочности при зимнем бетонировании необходимо использовать электропрогрев.

Для быстрого набора прочности, согласно СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции. 2. Бетонные работы» (п. 2.15) за бетоном нужен соответствующий уход. Уход за бетоном начинается сразу после укладки его в опалубку и продолжают до момента распалубки. Бетон следует хранить от прямого попадания солнечных лучей и атмосферных осадков, ветра, а также создать тепловлажностные условия для его твердения (накрыть пленкой). Рекомендуется бетон изготовленный на портландцементе в течении 7 суток поливать водой, а на основе малоактивных и шлакопортландцементах поливать не менее 14 суток. При температуре воздуха 15°С рекомендуется поливать бетон через 3 часа в течении первых 3 суток. При средней температуре воздуха от +5 до 0°С полив и смачивания бетона не осуществляется. Полная нагрузка (расчетная) железобетонных конструкций допускается только после того, как бетон будет иметь проектную прочность.

Отдельно хотелось заострить внимание на фундаменте, так как есть некоторые особенности его работы:

1. Наилучшее время для строительства фундамента является лето (хороший температурный режим).
2. Нежелательно, подвергать фундамент длительному простою, т.к. замокание котлована, морозное пучение, попеременное замораживание и оттаивание грунтов основания приводит к его разрушению.
3. Выше перечисленные факторы приводят к неравномерной усадке фундамента.
4. Если все-таки есть необходимость оставить фундамент зимовать, необходимо его «законсервировать» — закрыть и защитить от атмосферных осадков, исключить замокания и затопление грунта вблизи фундамента (примерно 0,4…0,5 м).
5. Так как бетон при благоприятных условиях набирает 50…80% от проектной прочности за 7…14 дней, тогда допускается нагружать фундамент через 7…14 суток, с учетом, что полное нагружение (100%) наступит только после 28 суток с момента заливки фундамента.
6. При использовании ускорителей твердения при нормальной температуре возможно уже нагружать фундамент и через 5 дней.
7. Фундамент следует нагружать равномерно, чтобы избежать неравномерной осадки основания.

Для более точной подстраховки для контроля прочности фундаментов или других железобетонных конструкций изготавливают серию стандартных образцов-кубов 150х150х150 или 100х100х100 мм, которые потом испытывают на сжатие.

Литература:

1. Как построить дом. Как бетон набирает крепость? Время затвердевания бетона, график набора крепости. Режим доступа:
2. ТР 80-98 Технические рекомендации по технологии бетонирования безобогревным способом монолитных конструкций с применением термоса и ускоренного термоса. МОСКВА – 1998.
3. ВСН 20-68 Указания на бетонирование в зимнее время дорожных оснований под асфальтобетонные покрытия в г. Москве.

Конев Александр Анатольевич

Набор прочности бетона — сколько бетон набирает прочность

Основной набор прочности бетона в обычных условиях происходит в течении 28 дней. Сюда относится температура в диапазоне 23-30 градусов, а также средний уровень влажности и отсутствие атмосферных осадков.

Набор прочности бетона не является равномерным процессом и происходит с постепенным замедлением. Для различных марок используются специальные формулы, которые прописаны в строительных документах. Твердение показывает наиболее высокие темпы в первые несколько суток. В течение трёх дней с момента укладки происходит набор до 30 процентов от номинального уровня прочности конструкции. В связи с началом ряда процессов, реакция продолжается не столь активно.

Через одну две недели бетон выходит на показатель 60-80 процентов от своей марочной прочности. При этом, допускается начало проведения лёгких строительных работ. Но оказывать полную нагрузку на конструкцию всё ещё нельзя. Номинального показателя монолитная конструкция достигает только через 28 дней, плюс-минус несколько суток. Следует отметить один немаловажный фактор, который считается значительным преимуществом в процессе строительства.

Набор прочности бетона не прекращается после достижения заданного значения. Оно используется, как некоторый показатель, определяющий возможность дальнейшей эксплуатации. Сам процесс продолжается даже годы спустя, хотя его скорость снижается до минимального показателя. Например, через 90 суток с момента укладки смеси в опалубку, при наличии подходящих условий, достигается 120 процентов прочности от номинального показателя. Важным условием является доступ к материалу незначительного количества воды. С учётом влажности воздуха, данный фактор не является серьёзной проблемой.

Есть несколько моментов, способных внести коррективы в процесс твердения материала. Прежде всего, сюда следует отнести низкую температуру воздуха. При отрицательных значениях влага в составе замерзает и процессы полностью останавливаются. Когда температура повысится, то можно рассчитывать на продолжение твердения. Но характеристики уже не станут такими, какими они должны были быть первоначально.

Чтобы увеличить скорость набора прочности для данного состава, рекомендуется выполнить нагрев. При этом, процесс ускоряется тем сильнее, чем выше температура. Важно помнить. Что бетон нельзя нагревать больше 90 градусов по Цельсию.

Наиболее часто задаваемые вопросы и ответы на них

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос-Ответ.

Чем грозит индивидуальному застройщику ошибка в выборе бетона для фундамента?

Две типичные ошибки – завышение и занижение марки бетона. Первая приводит к созданию излишнего запаса прочности. Следствие – необоснованное увеличение стоимости строительства из-за перерасхода материалов. Во втором случае конструкции обладают недостаточной прочностью и жесткостью, что может привести к их разрушению в процессе эксплуатации. Абсолютно недопустимо готовить бетонную смесь вручную, поскольку бетон не набирает необходимой прочности. Автоматически перемешанный бетон прочнее перемешанного вручную более чем на 80%.

Как транспортировать бетон в труднодоступное место на строительном объекте?

В настоящее время более простым и практичным методом доставки бетона  в опалубку является перекачка бетононасосом. При этом достигается равномерность в укладке бетона, устраняются простои, связанные, например, с необходимостью строительства лесов или с ожиданием подхода бадьи, и самое главное, значительно снижаются затраты по укладке бетона.

 

Необходим ли уход за бетоном?

Бетон нуждается в обязательном уходе для создания нормальных условий твердения, в особенности в начальный период после укладки (до 15-28 суток). В теплое время года влагу в бетоне сохраняют путем регулярного поливка и укрытия от солнечных лучей. На поверхность свежеуложенного бетона наносят битумную эмульсию или его укрывают полиэтиленовыми или другими пленками. Для того чтобы бетон набрал необходимую прочность, он должен быть влажным на протяжении всего времени набора прочности. Бетон набирает прочность всю свою жизнь, но наиболее интенсивно в самые первые дни после укладки. Поэтому удержание воды в бетоне после его схватывания является очень важным фактором при изготовлении ответственных изделий и конструкций из бетона. Согласно СНиП бетон без пластификаторов выдерживают под слоем сырых опилок, песка или мешковины не менее 7 дней и периодически поливают водой (при температуре воздуха свыше 20°С — через 3 часа), в том числе и ночью. А бетон с пластификаторами — не менее 14 суток!

Как контролировать воду в бетоне?

Для нормальной гидратации цемента нужно около 25% воды по отношению к массе цемента (водоцементное соотношение — в/ц). Но бетон, приготовленный с таким количеством воды, будет чрезвычайно жестким, поэтому обычно количество воды увеличивают для улучшения пластичности и удобоукладываемости бетона. Нужно учитывать что вода, не принявшая участие в реакции гидратации цемента, будет уменьшать плотность бетона, и, образовывая поры, существенно уменьшать прочность бетона. При в/ц соотношении больше 0,6 возможно расслоение бетонной смеси. Контроль необходимого соотношения в/ц возможен только в условиях промышленного производства. Для улучшения удобоукладываемости бетона при сохранение низких значения в/ц используются специальные добавки, в бетон: пластификаторы и суперпластификаторы. После набора бетоном некоторой прочности, лишняя вода уже не в состоянии увеличивать объем смеси, раздвигая компоненты бетонной смеси, и будет заполнять только поры в бетоне. Реакция гидратации цемента довольно длительная: при хорошем уходе бетон может повышать прочность годами. Известно, что чем старше бетон, тем он прочнее. Это утверждение верно, только если соблюдены следующие условия: положительная температура и высокая влажность (не менее 90%). Поэтому во время интенсивного набора прочности бетоном, стандартные 28 суток бетон должен быть влажным. Таким образом, при замешивании смеси лишняя вода ухудшает качество бетона. Поэтому недопустимо добавление воды в автобетоносмеситель при выгрузке бетона.

Каким видом транспорта доставить бетонную смесь на объект?

Существует два способа доставки бетонной смеси: автосамосвалом и автобетоносмесителем. При перевозке бетонной смеси автосамосвалом смеси угрожает расслаивание, в результате чего на строительную площадку попадает неоднородная бетонная смесь, которая потребует дополнительного перемешивания. Этого можно избежать, доставляя бетонную смесь в автобетоносмесителе, в котором бетонная смесь перемешивается во время транспортировки, и расслоения не происходит.

 

 

Как долго может находиться бетонная смесь в автобетоносмесителе до начала ее укладки?

Продолжительность транспортирования бетонной смеси зависит от температуры наружного воздуха и активности цемента, применяемого для изготовления бетона, и колеблется от 45 минут до 2-х часов. Для сохранения качества бетона при его длительной транспортировке, сохранения требуемой удобоукладываемости смеси в бетонную смесь необходимо вводить замедлители схватывания и твердения, а также пластификаторы.

Существует мнение, что пока миксер автобетоносмесителя вращается, бетон не схватится. Так ли это ?

Это мнение абсолютно неверно. Реакция гидратации цемента начинается сразу после смешивания его с водой, и замедлить или даже остановить ее можно только добавлением специальных добавок, которые позволяют отодвинуть сроки схватывания бетона на 2-4 часа. Длительное перемешивание (в течение нескольких часов) только ухудшает качество бетона, так как рвутся начинающиеся образовываться связи цементного клея (цемент в бетоне выступает в качестве связующего вещества (клея)). Если вращать бочку миксера свыше 3-х часов, то бетон вообще может не схватиться. Это будет уже не бетон, а смесь щебня, покрытая затвердевшим слоем цементного раствора, и прочность эта смесь уже не наберет никогда.

Что лучше для заливки полов — цементный раствор или товарный бетон?

Для заливки полов в жилых или производственных помещениях лучше применять бетон, так как при одинаковых прочностных характеристиках ,износостойкость бетона примерно в три раза выше износостойкости раствора.

Для чего нужны добавки в бетон?

Прежде всего — для повышения качества бетона и получения дополнительных специальных свойств, что позволяет ускорить темпы ведения строительства, а также значительно его удешевить. Как показывает опыт зарубежных производителей , бетон с добавками применяется на каждом строительном объекте, так как к обычному бетону предъявляют все более высокие требования, которые без добавок практически невозможно выполнить без существенных затрат.

Какие бывают добавки?

Сегодня существует множество различных добавок, при жарком климате, например, часто используются замедлители твердения. При производстве полов, подвергающихся  замерзанию/оттаиванию,  рекомендуется применять  воздухо-поглощающие добавки. Для повышения удобоукладываемости товарного бетона применяются пластификаторы и суперпластификаторы. Для бетонирования в фундаментах, насыщенных водой, а также для строительства бассейнов  применяются добавки, повышающие водонепроницаемость бетона.

 

Почему мы проверяем прочность бетона на сжатие через 28 дней?

Прочность бетона обычно проверяется через 28 дней как прочность бетонного куба или прочность бетонного цилиндра. Обсуждается причина испытания бетона на прочность через 28 дней.

Почему мы проверяем прочность бетона на сжатие через 28 дней?

Бетон со временем набирает прочность после заливки. Чтобы бетон набрал 100% прочность, требуется много времени, и время для этого пока неизвестно.Скорость набора прочности бетона на сжатие увеличивается в течение первых 28 суток заливки, а затем замедляется.

В таблице ниже показана прочность на сжатие, полученная бетоном через 1, 3, 7, 14 и 28 дней в зависимости от марки используемого нами бетона.

Возраст	Прочность в процентах
1 день	16%
3 дня	40%
7 дней	65%
14 дней	90%
28 дней	99%

Из приведенной выше таблицы мы видим, что бетон набирает 16% прочности за один день, 40% за 3 дня, 65% за 7 дней, 90% за 14 дней и 99% за 28 дней.

Таким образом, очевидно, что бетон быстро набирает прочность в первые дни после заливки, то есть на 90% всего за 14 дней. Когда его прочность достигла 99% за 28 дней, бетон продолжает набирать прочность после этого периода, но эта скорость увеличения прочности на сжатие очень меньше по сравнению с 28 днями.

После 14 дней заливки бетона бетон набирает только 9% в следующие 14 дней. Итак, скорость набора силы снижается. У нас нет четкого представления о том, когда бетон набирает прочность, 1 год или 2 года, но предполагается, что бетон может набрать свою окончательную прочность через 1 год.

Итак, поскольку прочность бетона составляет 99% через 28 дней, она почти близка к его конечной прочности, поэтому мы полагаемся на результаты испытания прочности на сжатие через 28 дней и используем эту прочность в качестве основы для нашего проектирования и оценки.

Хотя есть также некоторые экспресс-методы испытаний бетона на сжатие, которые показывают связь между методами экспресс-испытаний и 28-дневной прочностью. Этот экспресс-тест проводится там, где время на строительство ограничено, и необходимо знать прочность конструктивного элемента для выполнения дальнейших строительных работ.

Подробнее:

Бетон — определение, марки, компоненты, производство, конструкция и изделия

Прочность бетонных кубов на сжатие

Планирование испытаний бетона на прочность, долговечность и повреждения на месте

Медленное наращивание силы может быть хорошим | Журнал Concrete Construction

Q .: Мы поместили бетон, который должен был достичь прочности на сжатие 2000 фунтов на квадратный дюйм через 28 дней и 1000 фунтов на квадратный дюйм через 7 дней.Он не отвечал ни одному требованию, но где-то между 40 и 50 днями его прочность превышала 2000 фунтов на квадратный дюйм. С тех пор мы выявили проблему и исправили ее. Однако теперь возникает вопрос: действительно ли бетон, который достигает 2000 фунтов на квадратный дюйм примерно за 50 дней, так же хорош, как бетон, который достигает 2000 фунтов на квадратный дюйм за 28 дней?

A .: Здесь действительно есть два возможных вопроса:

1. Если два бетона достигают прочности 2000 фунтов на квадратный дюйм через 28 и 50 дней соответственно, одинаково ли они хороши в то время, когда достигают этой прочности? Ответ однозначно положительный.Они оба имеют одинаковую прочность, хотя могут быть незначительные различия в абсорбции и проницаемости.
2. Если два бетона достигнут прочности 2000 фунтов на квадратный дюйм через 28 и 50 дней соответственно, будут ли они одинаково хороши в более позднем возрасте? Ответ зависит от условий.

(a) Если причиной медленного набора прочности одного бетона является то, что он был изготовлен из цемента типа II или типа IV, или что он содержал слишком много замедлителя схватывания, или был отвержден при низкой температуре, он может фактически оказаться бетон лучше, чем другой.Он может развить более высокий предел прочности и лучшие свойства в целом. Ключевым фактором является то, что если условия отверждения таковы, что у цемента достаточно времени для гидратации, вновь образующийся цементный гель будет равномерно осаждаться по всей матрице. Когда цемент должен быстро гидратироваться, цементный гель имеет тенденцию оседать на исходных зернах цемента и вокруг них. В конечном итоге это мешает этим зернам вступать в реакцию с окружающей водой. Это также приводит к тому, что гель распределяется менее равномерно, поэтому вся матрица становится более слабой.Медленное, устойчивое отверждение, достигнутое за счет низкой (но выше точки замерзания) температуры, замедлителя схватывания или медленно гидратирующегося цемента, вероятно, приведет к более высокому пределу прочности при прочих равных условиях. Одно место, где обсуждаются эффекты температуры и скорости отверждения, находится в книге А. М. Невилла «Свойства бетона», «Джон Вили и сыновья», Нью-Йорк, 1973, стр. 276–280.

(b) Если, однако, причина медленного увеличения прочности заключается в том, что смесь была неправильно дозирована, или содержит вредные примеси, такие как глина, или не была должным образом отверждена, но ей позволили высохнуть, или она использовалась в каких-либо других целях. Таким образом, бетон не сможет полностью раскрыть свой прочностный потенциал.Если это так, то бетон не так хорош, как бетон, который набрал прочность с заданной скоростью.

Изменение прочности бетона на сжатие во времени

Возраст бетонных конструкций во многом зависит от их прочности и долговечности. Понимание зависимости прочности бетона от времени помогает узнать эффект нагрузки в более позднем возрасте.

В этом разделе объясняется различное влияние возраста на прочность бетона.

Изменение прочности бетона во времени

Согласно исследованиям, прочность бетона на сжатие с возрастом увеличивается. Большинство исследований проводилось для изучения прочности бетона на 28-е сутки. Но на самом деле сила на 28-й день меньше по сравнению с долгосрочной силой, которую он может набрать с возрастом.

Изменение прочности бетона с возрастом можно изучать разными методами. На рисунке 1 ниже показано изменение прочности бетона в сухом и влажном состоянии.Этот график основан на исследовании, проведенном Байкофом и Сиглофом (1976).

Они обнаружили, что в сухих условиях через 1 год не происходит увеличения прочности бетона, как показано на рисунке-1. С другой стороны, прочность образцов, хранящихся во влажной среде (при 15 ° C), значительно увеличивается.

Рис.1: Изменение прочности бетона во времени

Рис. 2: Изменение прочности бетона на сжатие со временем (Washa and Wendt (1989))

Скорость увеличения силы с течением времени

Процесс непрерывной гидратации повысит прочность бетона.Если условия окружающей среды, которым подвергается бетон, способствуют гидратации, прочность с возрастом постоянно увеличивается. Но эта скорость гидратации высока на ранних стадиях и задерживается позже.

Прочность на сжатие, полученная бетоном, измеряется на 28-й день, после чего показатель прочности снижается. Прочность на сжатие, полученная в более позднем возрасте, проверяется неразрушающими испытаниями.

Подробнее: Почему мы проверяем прочность бетона на сжатие через 28 дней?

В таблице 1 ниже показан темп набора силы с первого по 28 день.

Таблица 1: Прочность бетона с возрастом

Возраст	Прирост силы (%)
1 день	16%
3 дня	40%
7 дней	65%
14 дней	90%
28 дней	99%

Правильные условия отверждения помогут предотвратить утечку влаги, которая будет способствовать реакции увеличения прочности.На рисунке 3 ниже показано изменение прочности на сжатие с возрастом для различных условий отверждения.

Рис.3. Прочность на сжатие в зависимости от возраста для различных сред отверждения (Мамлук и Заневски)

Факторы, влияющие на длительную прочность бетона на сжатие

Достижение прочности бетона на сжатие в долгосрочной перспективе отличается от набора прочности в раннем возрасте. На долговременную прочность бетона на сжатие влияют следующие факторы:

1.Соотношение вода-цемент

Адекватное водоцементное соотношение необходимо для прохождения реакций гидратации в более позднем возрасте. Реакции гидратации улучшают прочность бетона на сжатие.

Недостаточное содержание воды приведет к образованию огромного количества пор до 28 дней, что со временем увеличит шансы ползучести и усадки. Это отрицательно скажется на прочности бетона на сжатие.

Также читайте: Технологичность бетона — типы и влияние на прочность бетона

2.Условия отверждения

Надлежащие условия отверждения — это своего рода подготовка бетона перед его эксплуатацией. Степень отверждения бетона определяется в зависимости от предполагаемых условий воздействия на конструкции.

Правильно затвердевший и высококачественный бетон не подвержен старению в экстремальных условиях. Следовательно, эффективное отверждение улучшает сжимаемость бетона.

Также читайте: Отверждение цементного бетона — время и продолжительность

3.Температура

Исследования показали, что высокая температура ускоряет реакцию гидратации, но полученные продукты не будут однородными или хорошего качества. В результате могут остаться поры, влияющие на прочность бетона.

4. Условия окружающей среды

Бетонная конструкция с возрастом подвергается воздействию таких условий окружающей среды, как дождь, замерзание и таяние, химические воздействия и т. Д. Непроницаемый бетон может подвергаться проникновению влаги, частому замерзанию и оттаиванию, что приводит к образованию трещин в бетоне.

Химическое воздействие может вызвать коррозию арматуры, что снижает предел текучести арматуры. Все это может повлиять на прочность бетона.

Ранний высокопрочный бетон: преимущества и проблемы

Шиврам Багад , Технолог по бетону — BASF Construction Chemicals India Pvt. Ltd, Бангалор Nagesh Puttaswamy Manager (TASC) UltraTech Cement Ltd., Хайдарабад

Скоростные автомобили, быстрые графики движения, ускоренное строительство стали обычным делом.Во многих отношениях эти технологические достижения были экономическим благом для человечества, но какой ценой? Скоростные автомобили вызывают острые ощущения на гоночных трассах, но риски также являются частью системы. Концепция «сэкономленное время — сэкономленные деньги» привела к ускорению работы в строительной отрасли, поскольку с тех пор инженеры и администраторы применяют целостный подход, заставляя каждую часть строительства вносить свой вклад в систему, ускоряя строительство. Бетон высокой прочности также является одним из них.История высокопрочного бетона насчитывает около 35 лет. В конце 1960-х годов изобретение водоредуцирующих добавок привело к созданию высокопрочных сборных железобетонных изделий и конструкционных элементов в балке, которые были отлиты на месте с использованием высокопрочного бетона. С тех пор технология достигла зрелости, и обычно используется бетон порядка от M60 до M120. Бетон марки М200 и выше возможен в лабораторных условиях.

С таким уровнем уверенности отрасль сегодня предъявляет очень высокие требования к производителям цемента и добавкам.Возник спрос на высокую прочность за очень короткое время. Были такие требования, как,

• 40 МПа бетона М60 за 3 суток,
• 50% силы цели за 24 часа,
• 12 МПа за 12 часов,
• 12 МПа за 10 часов.

Причин для этих требований много, но, как инженеры, мы должны думать об аспектах долговечности конструкций, в которых используются эти материалы. Потребители в этих случаях удовлетворяли свои потребности с помощью своих бетонных заводов.Не обращая внимания на долгосрочную долговечность, мы смогли удовлетворить потребности. Бетон этих свойств будет иметь своеобразное реологическое поведение. Некоторые наблюдения, сделанные во время испытаний раннего высокопрочного бетона (EHSC), обсуждаются в этой статье вместе с некоторыми проблемами долговечности. Необходимость понимания реологических параметров в связи с аспектами долговечности требует особого внимания. Технология EHSC все больше используется в инфраструктурных проектах и ​​в промышленности сборных железобетонных изделий, в некоторых случаях, она используется без разбора, а в некоторых случаях она применяется без надлежащей технической поддержки.Цемент и добавки отбираются и отклоняются по экономическим критериям, очень деликатные вопросы, такие как совместимость цементных добавок и микротрещины из пластика, не решаются должным образом. Концепция EHSC является благом для отрасли производства сборных железобетонных изделий, но ее необходимо развивать лучше, чтобы она не попала в ловушку, подобную той, что произошло с использованием летучей золы в бетоне, которая даже сегодня не попадает в ловушку. % уверенности в техническом братстве.

Введение

Бетон, основанный на 28-дневной прочности, классифицируется как высокопрочный и так далее.Примерно до 1970-х годов бетон, который мог достигать прочности выше 40 МПа, классифицировался как высокопрочный. Когда бетонные смеси с плотностью около 60 МПа и выше производились в промышленных масштабах, ориентир для высокопрочного бетона был повышен до 55 МПа или более.

История высокопрочного бетона насчитывает около 35 лет с момента разработки добавок суперпластификатора в конце шестидесятых годов, когда в Японии появились высокопрочные сборные изделия с использованием «нафталинсульфоната», а в Германии — с подводным бетоном с использованием «сульфоната меланина». ‘были пионерами технологии.

Три-четыре десятилетия назад, несмотря на то, что бетон был универсальным строительным материалом. Большинство высотных зданий по всему миру использовали стальные элементы в качестве структурного каркаса. Знаменитые башни-близнецы на Манхэттене (Всемирный торговый центр) имели стальные конструкции. Причина заключалась в том, что при той прочности бетона, которая была доступна в то время, элементы из бетона были бы громоздкими и некрасивыми.

С появлением высокой прочности, громоздкость бетонных элементов исчезла, и мы также можем изготавливать тонкие секции из бетона.С тех пор высокопрочный бетон прошел долгий путь и стремится достичь прочности стали. Бетон порядка 200 МПа стал реальностью, по крайней мере, в лабораторных условиях, а бетон порядка от M60 до M120 обычно используется на стройплощадках. Свойства высокопрочного бетона сегодня хорошо изучены и поняты инженерами, использование очень высокопрочного бетона больше не вызывает недоумения. Пользователь устранил недостатки высокопрочного бетона.

Как достигается высокая прочность бетона

Более высокая прочность бетона может быть достигнута с помощью одного из следующих методов или комбинации некоторых или многих из следующих:

• Повышенное содержание цемента
• Уменьшение водоцементного отношения
• Лучшая обрабатываемость и, следовательно, лучшее уплотнение

Некоторые требования Кодекса для высокопрочного бетона
Прочность на сжатие	60 МПа или более
Прочность	Проницаемость <5 мм согласно DIN 1048
Технологичность	для размещения в районах с высокой загруженностью.

Требования к высокопрочному бетону требуют более вяжущего материала в бетонной смеси, который может составлять от 400 кг на м3. Более высокое содержание вяжущего материала приведет к более высокой термической усадке и усадке при высыхании, и будет стадия, когда любое дальнейшее добавление вяжущего материала не повлияет на прочность. Что касается аспектов долговечности, минимальное и максимальное содержание цемента в бетоне регулируется нормативными положениями, уменьшение водоцементного отношения также имеет свои ограничения, особенно в условиях площадки.Стремление к более высокой прочности приводит к использованию других материалов для достижения желаемых результатов, поэтому вяжущий материал вносит вклад в прочность бетона.

• Добавление пуццулановой примеси, такой как поццулановая зола (PFA) или гранулированный доменный шлак (GGBS), которая способствует образованию вторичного геля C-S-H за счет повышения прочности.

  Добавление пуцзулановой добавки, такой как летучая зола, используемая в качестве добавки, снизит прирост прочности в течение первых 3-7 дней бетона и покажет прирост после 7 дней и даст более высокую прочность в долгосрочной перспективе.

• Добавление минеральных примесей, таких как пары кремнезема, метакаолин или зола рисовой шелухи.

  Высокоактивные пуцзулановые примеси, такие как микрокремнезем или метакаолин и зола рисовой шелухи (RHS), начнут вносить свой вклад примерно через 3 дня. RHS имеет преимущество перед PFA, потому что RHS более реактивен.

• Использование химических добавок, таких как суперпластификатор или гиперпластификатор, добавки, регулирующие схватывание, помогут в достижении более высокой прочности бетона.

  Исследования и опыт показывают, что добавки на основе поли карбоксильных эфиров (PCE), называемые гиперпластификаторами, лучше всего подходят для работы, поскольку они обладают способностью уменьшать количество воды от 18% до 40% по сравнению с контролем или эталоном. конкретный.

• Комбинация всего вышеперечисленного или некоторых из вышеперечисленных для достижения желаемой прочности.

  Комбинация по крайней мере нескольких из этих методов теперь стала неизменной, поскольку HSC пришел вместе с некоторыми сложностями, такими как более высокая усадка, более высокая теплота гидратации и т. Д., все эти сложности необходимо нейтрализовать или контролировать. Большинство проблем решалось комбинацией PFA или GGBS и смеси PCE.

  Для ускорения процесса отверждения цемента при гидратации паром также используются методы, однако это может не привести к повышению прочности. Прирост прочности в раннем возрасте может быть достигнут за счет замены части мелкозернистого заполнителя летучей золой или доменным шлаком без увеличения водопотребности бетонной смеси.

Свойства ингредиентов, используемых в HSC:

Требуемые свойства цемента

Прочность на сжатие	> 60 МПа
C3A Содержание	<6
Тонкость помола	300 + 20 кв.М на кг
Общее содержание щелочи	Макс. 6% выражено как Na 2 O
C 3 S	> 50%
C 2 S	> 24%
С 4 AF	> 15%
LOI	<2%

Свойства золы

PFA требовал повышения прочности, водонепроницаемости и долговечности бетона.Необходимо использовать PFA класса F.

Уменьшает сегрегацию и просачивание в свежем бетоне, ползучесть в затвердевшем бетоне, а также снижает теплоту гидратации.

Требования к химическим веществам

SiO 2	> 60%
SiO 2 + AI 2 O3 + Fe 2 O 3	= 85%
LOI	2% Максимум
Тонкость	Макс.10% (сохраняется на 45 микронах)

Агрегаты

Мелкие заполнители: должны попадать в зону II.

Химические добавки

Необходимо использовать водоредуцирующую добавку высокого диапазона (HRWRA), обычно добавки PCE разрабатываются для конкретных нужд. Водоредуцирующая добавка высокого диапазона (HRWRA): это известный факт, что для долговечности конструкции проницаемость в бетоне играет важную роль, что является одним из важных факторов, которые регулируют водоцементное соотношение во время производства бетона, более низкое водоцементное соотношение ниже будут капиллярные поры и, следовательно, более низкая проницаемость и повышенная долговечность.Примеси на основе поликарбонатных эфиров (PCE)

, называемые гиперпластификаторами, изобретенные в 1990-х годах, отлично справились с условиями, преимущества которых используются при производстве высокопрочного и высокоэффективного бетона. Водоудерживающая способность этих добавок составляет 18–40% от контрольного или эталонного бетона. Эти добавки способствуют достижению более высоких оседаний, более 180 мм, при гораздо меньших соотношениях в / ц (менее 0,30). Они обеспечивают лучший контроль над реологией бетона, и это одна из причин, по которой такие добавки всегда используются для производства самоуплотняющегося бетона.Единственным недостатком этих добавок является то, что они не задерживаются дольше 45 минут и всегда используются вместе с замедлителями схватывания, что усложняет смесь. С ситуациями с этими сложностями нужно обращаться очень осторожно, однако строительная химическая промышленность разработала комбинацию химикатов или, скажем так, коктейль химикатов, чтобы удовлетворить спрос.

Спрос в отрасли

Строительная промышленность, обращающаяся к сборным элементам и требованию последующего натяжения, сделала требование высокой прочности бетона неизменным, и инженерам пришлось преодолеть эти недостатки, что в значительной степени нам удалось.Строительство в наши дни стало быстрым, когда экономия на вложениях в опалубку считается, что использование высокопрочного бетона является неизменным и стало обязательным. Сегодня строительство имеет решающее значение, когда дело доходит до экономики, очень мелкие аспекты считаются достижением экономии на строительных работах. Скорость строительства и его технология измеряется количеством циклов использования опалубки. Теперь это превратилось в одно из основных требований процесса бетонирования, требования промышленности стали очень сложными.

У нас была возможность наблюдать и работать с некоторыми из этих случаев. Вот некоторые из примеров:

ДЕЛО 1

Инфраструктурный проект

Это конкретное требование заключалось в том, чтобы сборные сегментные балки подвергались последующему натяжению для инфраструктурного проекта ускоренного строительства. Время — основная цель контракта между потребителем и подрядчиками. Сегменты необходимо поднять на место за рекордно короткое время и дополнительно растянуть. Непрерывность работы, поскольку строительная площадка очень перегружена для работы, требует, чтобы инфраструктура для литья как можно скорее развивалась дальше.

Требуемая марка бетона		M50
Особые требования указаны
01	Минимальная необходимая прочность за 24 часа	25 МПа.
02	Требуемая технологичность: начальная осадка при обрушении
03	Требуемая удобоукладываемость: бетон, пригодный для перекачивания через 90 минут
04	Для получения высокой ранней прочности без липкости

Эти большие сегментные балки для проекта эстакады
	Пробная 1	Пробная 2	Пробная 3
Смешанная марка	М-50	М-50	М-50
Цемент OPC 53 марка	5.4	5,4	5,4
Вт / К, Кондиционер, Вт / Б
CA — I 20 мм	6,228	5.292	5,472
CA — II 12,5 мм	5,748	6,372	5,472
CA — III 6 мм	2,4	2,712	2.76
Песочный щебень	8,448	8,448	9,12
Всего воды (включая абс.)	1,974	1,98	1,99
Песочный щебень	8,448	8,448	9,12
Всего воды (включая абс.)	1,974	1,98	1,99
Примесь	М-715	М-715	М-715
Дозировка (в%)	@ 0.6	@ 0,6	@ 0,7
Осадка / расход (в мм)
0 мин	210	200	200
30 мин	150	150	165
Плотность во влажном состоянии (кг / Cu. М)	2462	2405	2482
Сравн.Прочность (Н / Кв. Мм)
01 день	28,04	30,04	31,32
02 дней	40,12	42,44	46,20
07 дней	47,80	48,20	50,00
28 дней
Размер партии / куб.м	0,012	0,012	0,012

КОРПУС 2

Инфраструктурный проект
Требуемая марка бетона		M60
Особые требования указаны
01	Минимальная необходимая прочность за 24 часа	40 МПа.
02	Требуется технологичность, как в SCC
03	Количество вяжущего материала Предварительно фиксированная — летучая зола из фиксированного источника
04	Мелкий заполнитель	100% дробильная пыль

Бетон должен был достичь более 50% своей окончательной прочности за 24 часа, поскольку мы уже обсуждали ранее, что весь процесс должен происходить примерно через 14 часов после окончательного схватывания цемента!

Требование проекта заключалось в том, чтобы элементы кровли из панцирных плит были залиты на землю и должны были быть подняты на место и подвергнуты последующему натяжению.Требование ранней высокой прочности бетона было связано с тем, что элементы должны быть заблаговременно закрыты опалубкой и перемещены на площадку для выдержки, а количество циклов опалубки было критическим экономическим критерием. Сегменты имели особую форму и складки, поэтому требовалось свойство самоуплотнения. Сохранение удобоукладываемости в сочетании с требованием ранней высокой прочности тянуло систему в противоположных направлениях.

Бетон в этом случае был изготовлен на заводе по производству цемента на месте, и необходимые условия были достигнуты с помощью нескольких альтернативных марок цемента.Бетон был помещен в форму с использованием транзитных миксеров на площадке, которые сохраняли критерий удобоукладываемости от почти 45 минут до 1 часа. Детали дизайна микса не могли быть представлены здесь, так как все испытания проводились потребителем, и мы не могли получить разрешение на публикацию здесь. Примесь там должна была быть специально отрегулирована для конкретных требований, и она должна была подвергнуться дальнейшей тонкой настройке с учетом изменения источников ингредиентов. Израсходовано несколько тысяч кубометров бетона.Будет ли это ориентиром для других проектов?

ДЕЛО 3

Для сегментарного строительства башен
Требуемая марка бетона		M60
Особые требования указаны
01	Минимальная прочность, необходимая за 12 часов	12 МПа.
02	Количество цемента	Предварительно фиксированная
03	Количество вяжущего материала	Предварительно фиксированная — летучая зола из фиксированного источника
04	Высокореактивные минеральные добавки, такие как Silica Fume	Не допускается по экономическим причинам
05	Минимальные требования к прочности были изменены до 12 МПа за 10 часов

Первоначальный спад: коллапс.

Обвал через 30 мин: Обрушение и истечение мин. 450 мм.

Этот бетон требовался для изготовления сборных сегментов башен, отлитых в удобном с точки зрения логистики месте. Круглые сегменты переменного диаметра от одного конца до другого должны изготавливаться на площадке и подниматься на площадку для отверждения. Стоимость опалубки и ограничение пространства, доступного для зоны разливки, требуют, чтобы сегменты поднимались с литейной площадки на площадку для выдержки, а самым ранним требованием к прочности является выдерживание подъемной нагрузки.Потребитель наносит защитное покрытие на сегменты сборного железобетона для обеспечения долговечности. Сегменты транспортируются на грузовиках до пунктов назначения на расстояние 600-700 км для фактического использования. Экономический критерий для потребителя требовал минимум 2 цикла литья на каждые 30 часов.

Следующий дизайн смеси был разработан для получения желаемых условий. В среднем было проведено от 10 до 15 испытаний с различными выбранными марками цементов, критические результаты для разных марок цемента перечислены в таблицах.

Технологичность
Время в минутах	Осадка в мм	Расход в мм	Примечания
0	Свернуть	575 до 625	Эти параметры сохранялись постоянными для всех марок цемента при определенной дозировке добавок
30	Свернуть	495 до 525
60	110	Нет
90	50	Нет
120	20	Нет

Было замечено, что потеря оседания и потока была быстрой после отметки 45-50 минут; указанные здесь значения являются средними по результатам нескольких проведенных тестов.Через 60 минут бетон показал необычную жесткость и ощущение эластичности / пористости.

Детали дозирования смеси
Смешанная марка	М-60	М-60	М-60
Цемент 53 марка OPC	Марка X	Марка Y	Марка Z
Цемент	470	470	470
PFA	130	130	130
Вт / К	0.26	0,26	0,26
20 мм	454	454	454
12,5 мм	454	454	454
Песок натуральный	750	750	750
Бесплатная вода	154	154	154
Всего воды	–	–	–
Примесь	G30 (S3)	G30 (S3)	G30 (S3)
Дозировка (%)
Сравн.Ул. (МПа) среднее значение для всех кубов
12 часов	14,15	5,38 *	4,5 *
14 часов	14,33	13,33 *	12,85 *

Результаты брендов Y и Z очень важны, чтобы отметить увеличение силы между 12 и 14 часами почти в 3 раза.

Недостатки технологии

Последствия такого быстрого набора силы вызывают тревогу и требуют серьезного внимания.Учитывая тот факт, что время окончательного схватывания большинства марок цемента в Индии составляет около 120 минут, будет получено множество ответов на вопросы относительно долговечности.

Независимо от этих вопросительных знаков, технология смогла удовлетворить требования заказчика, и работа продолжается. Как технологи, нам необходимо обобщить требования к использованию, поскольку может возникнуть еще много требований, и всем, возможно, придется иметь собственные бетонные заводы для производства этого особого бетона.

Высокопрочный бетон имеет большое преимущество в сценарии современного строительства, поскольку многие статистические данные показывают, что он показал себя не только с точки зрения прочности, но и с точки зрения экономии. Исследования показывают, что приблизительное увеличение прочности бетона в 5 раз приведет к увеличению прочности бетона только в 3–3,25 раза. Если проектировщик сможет использовать эти условия, общая стоимость проекта определенно снизится. Следовательно, сегодня во многих проектах регулярно используется высокопрочный бетон порядка M60 или выше.

Благодаря развитию технологий опалубки монтаж и демонтаж опалубочной системы стали проще и проще. Время цикла для опалубки резко сокращается. Одна неделя. Широко применяются концепции одноплитной плиты, в развитых странах этот цикл составляет около 4 дней. Для этого нам нужно, чтобы бетон за это время набрал минимальную прочность.

Это означает, что ранний высокопрочный бетон станет порядком дня .

Производители сборных железобетонных элементов уже внедряют эту технологию с соответствующими техническими знаниями или без них. Почему бы и нет, если мы смогли добавить свойство самоуплотнения или самовыравнивания с небольшим изменением стоимости. Потребитель смог изготовить бетонный элемент с несколько более низкой стоимостью. Теперь, если потребитель может увеличить производство элементов с точки зрения большего количества циклов на работу, стоимость проекта будет увеличена.

Тип бетона	Стоимость	Количество циклов в месяц	Увеличение стоимости	Увеличение № цикла
Обычный	2900	30	–	–
Самокомпактный	3100	36	6.70%	20,00%
SCC / EHSC	3200	45	10,35%	50,00%

При неизменных параметрах это очень выгодное предложение для любого коммерческого предложения. Строительная промышленность в ближайшем будущем обратится к этой технологии, называемой EHSC.

Технологи должны очень критически обсудить эту концепцию / технологию, иначе эта концепция может быть злоупотреблена неизбирательным использованием.Обсуждения сейчас более важны, потому что эта технология используется в инфраструктурном проекте.

Заключение

EHSC здесь, чтобы остаться, но мы должны быть осторожны, чтобы не отказаться от аспектов долговечности материала. Существует несколько продуктов, которые обеспечивают долговечность этих бетонов в качестве покрытий и второстепенных добавок в бетонной смеси. Необходимо приложить особые усилия, чтобы поделиться знаниями о защитных системах, а также о технологии раннего высокопрочного бетона.

Поскольку многие строительные площадки и некоторые из сборных железобетонных изделий обслуживаются нетехническими или неподготовленными людьми, технология должна иметь устойчивый рост, а не возникновение преждевременных проблем.

Номер ссылки

• Свойства микроструктуры бетона и материалы П. Кумар Мета, Пауло Дж. М. Монтерио
• Технологичность самоуплотняющегося бетона Кьяра Ф. Феррарис, Линн Брауэр, Джозеф Дачко
• Справочник по добавкам для бетона V.С. Рамачандран
• Свойства бетона A.M. Невилл
• Свойства сверхвысокопрочного цемента Константин Соболев, Светлана Соболева
• В статье отражены взгляды авторов, основанные на исследованиях и наблюдениях, сделанных ими в ходе работы над конкретными случаями, и сделанными на их основе наблюдениями. Вывод информации, представленной в этой статье, предоставлен читателям, это всего лишь попытка авторов начать обсуждение темы, а не сделать какие-либо выводы.

Поведение при повышении прочности на сжатие и прогнозирование цементно-стабилизированного щебня при низкотемпературном отверждении

Для материалов на основе цемента температура отверждения определяет скорость прироста прочности и значение прочности на сжатие. В этой статье используется смесь щебня, стабилизированная 5% цемента. Три сценария отверждения с контролируемой температурой в помещении и один сценарий естественного отверждения на открытом воздухе разработаны и реализованы для изучения сценария развития прочности закона прочности на сжатие, и это стандартное отверждение при температуре (20 ° C), отверждение при постоянной низкой температуре (10 ° C), дневное взаимодействие отверждение при температуре (от 6 ° C до 16 ° C) и одно отверждение при естественной температуре на открытом воздухе (при температуре воздуха от 4 ° C до 20 ° C).Наконец, на основе метода зрелости модель оценки зрелости-силы получается путем использования и анализа данных, собранных в ходе внутренних тестов. Модель проверена с высокой точностью на основании подтвержденных результатов, полученных на основе данных наружных испытаний. Это исследование обеспечивает техническую поддержку строительства цементно-стабилизированного щебня в регионах с низкими температурами, что способствует процессу строительства и контролю качества.

1. Введение

Цементно-стабилизированный щебень представляет собой низкодозированную смесь, стабилизированную цементным основанием, и его дозировка цемента составляет около 5%; он обычно используется в качестве основного слоя дорожного покрытия в Китае [1].Хорошо известно, зависит ли прочность на сжатие материалов на основе цемента в значительной степени от процесса отверждения, в котором особенно важны как температура, так и время отверждения [2, 3]. Для обычных лабораторных испытаний прочности на сжатие отверждение обычно проводят в условиях постоянной температуры 20 ° C во многих национальных спецификациях [4–6]. Но для проекта строительства дорожного покрытия фактическая температура отверждения на открытом воздухе зависит от погоды. Спецификация требует, чтобы при строительстве выдерживалась температура более 5 ° C [4].Однако в северных сезонных замороженных районах, таких как китайская провинция Хэйлунцзян, несмотря на то, что температура в апреле превышает 5 ° C, температура сильно меняется и очень нестабильна. Из-за большой разницы температур между днем ​​и ночью и того факта, что обычно не достигает 20 ° C во время отверждения, прочность на сжатие иногда не может соответствовать требованиям, что приводит к ослаблению керна. Поскольку сила не может быть подтверждена, нельзя разумно организовать следующий процесс [7].Исходя из этого особого температурного режима, существует острая необходимость в изучении законов увеличения прочности на сжатие при таких различных условиях низкотемпературного отверждения. В связи с этим в данной статье разработаны несколько экспериментов в помещении и на открытом воздухе для проведения такого исследования.

Было предпринято множество исследований для изучения влияния температуры отверждения на материалы на основе цемента, такие как грунт, стабилизированный портландцементом, легкий цементированный грунт, песок, угольная летучая зола и смеси извести [8–10].Что касается температуры отверждения, во многих исследованиях сообщалось о высоких температурах, и большинство результатов показали, что отверждение при высоких температурах может повысить начальную прочность на сжатие [11, 12]. Прочность на сжатие и предел прочности на разрыв морских грунтов, стабилизированных цементом, которые использовались в качестве материалов для строительства дорог, были изучены при температурах отверждения от 40 ° C до 60 ° C в исследовательской работе Ванга [13]. Escalante-Garcia et al. [14] проверили прочность на сжатие при гидратации при пяти температурах в диапазоне от 10 ° C до 60 ° C, и результаты показали, что высокая температура может улучшить начальную прочность на сжатие, но на самом деле может снизить прочность в долгосрочной перспективе.Wang et al. [15] провели испытания цемента на основе сульфоалюмината кальция при различных температурах отверждения (например, от 0 ° C до 80 ° C) с целью изучения влияния эволюции гидратации на прочность на сжатие. Результаты показали, что прочность на сжатие в раннем возрасте увеличивается с повышением температуры, но уменьшается в диапазоне температур от 40 ° C до 80 ° C, а прочность на сжатие в основном зависит от степени гидратации.

О низкотемпературном отверждении в литературе сообщалось о нескольких исследованиях.Прайс [16] показал, что прочность бетонной смеси при низкой температуре развивается значительно медленнее, чем при комнатной температуре. Husem et al. [17] проверили прочность на сжатие обычного и высококачественного бетона при стандартном отверждении (при 23 ± 2 ° C) и другом низкотемпературном отверждении (при 10, 5, 0 и –5 ° C, соответственно). Результаты показали, что прочность при 10 ° C и менее 10 ° C была ниже, чем при стандартном отверждении. Kim et al. [18] исследовали развитие прочности для историй отверждения при температуре 5 ° C, 20 ° C и 40 ° C, которые показали, что прочность бетона при низкой температуре была меньше, чем прочность при стандартной температуре изначально, но была почти такой же со временем.Marzouk et al. [19] провели испытания при пяти температурах в диапазоне от -10 ° C до 20 ° C в течение 3 месяцев и обнаружили, что существует пропорциональная зависимость между прочностью на сжатие и температурой.

Кроме того, с точки зрения прогнозирования прочности, многие литературные источники показали, что теория зрелости подходит и лучше для прогнозирования прочности, чем некоторые другие методы [20, 21]. В 1951 году Саул и др. [22] впервые предложили концепцию «зрелости», которая определялась как произведение времени отверждения и температуры.В знаменитой функции зрелости «Медсестра-Сол» было указано, что при одинаковой зрелости и сила будет примерно такой же. Хорошо известно, что модель зрелости Медсестра-Сол постоянно совершенствовалась и изменялась позже, и для прогнозирования силы были приняты различные математические модели. Например, в модели Читамбира эквивалентный возраст был предложен в качестве индекса, который сочетал в себе возраст и температуру отверждения [23]. Существует линейная зависимость между двойной логарифмической прочностью и логарифмической зрелостью при различных температурах отверждения.Jeong et al. [24] откалибровали соотношение относительной прочности и зрелости по фактору влажности.

Обзор существующей литературы показал, что, хотя было проведено много исследований по другим материалам на основе цемента, меньше исследований было предпринято для 5% стабилизированного цементом щебня. Многие исследования были посвящены влиянию температуры отверждения на прочность. Однако большинство из них были ориентированы на высокие температуры, и, кроме того, почти все отверждение (будь то при высокой или низкой температуре) проводилось при переменной постоянной контролируемой температуре в лабораторной камере.Важно отметить, что при таком отверждении не учитывались чередующиеся изменения температуры в течение реальных дней и ночей (как в строительном проекте), и не проводились испытания в естественных условиях на открытом воздухе. Таким образом, цель данного исследования состоит в том, чтобы сосредоточить внимание на законе увеличения прочности 5% цементно-стабилизированной щебеночной смеси при низкой температуре, которая соответствует фактической температуре строительного проекта. Теория зрелости будет использоваться для прогнозирования прочности на сжатие.Будет выбрана соответствующая функция, и соответствующие параметры будут откалиброваны и получены путем использования и анализа экспериментальных данных. Результаты исследований обеспечат техническую поддержку строительства цементно-стабилизированного щебня в регионах с низкими температурами, что благоприятно сказывается на качестве строительства и управлении процессом.

2. Описательный анализ температур в районе Харбина

Город Харбин, провинция Хэйлунцзян, Китай, расположен на северной широте 44 ° 04′∼ 46 ° 40 ′, в основном равнине, относящейся к континентальному муссонному климату северной умеренной зоны. и температура быстро меняется весной и осенью.Годовое количество осадков достигает 400–600 мм, коэффициент влажности находится в пределах 0,25–1,25, а средний максимум вечной мерзлоты составляет 120–240 см.

Распределение температуры от 15 ^-го до 30 ^-го апреля с 2012 по 2014 год в Харбине показано на Рисунке 1. Тенденция высокой и низкой температуры в период строительства в основном схожа. Большинство высоких температур распределяются в диапазоне от 15 ° C до 20 ° C, а большинство низких температур находятся в диапазоне от 5 ° C до 10 ° C.Средняя высокая температура составляет 16 ° C, а средняя низкая температура — 6 ° C.

На рисунке 2 показаны данные о суточной температуре с 15 ^-го до 30 ^-го апреля 2014 года в городе Харбин. Данные других лет следуют аналогичной схеме. Примерно с 2:00 до 4:00 температуры были самыми низкими, с 5:00 температура начала стабильно повышаться в течение 9 часов с высокой скоростью, в 12:00 — 14:00 температуры достигли максимума, а затем температуры начали непрерывно снижаться. в течение 15 часов по относительно низкой цене.

3. Планы тестирования в помещении и на открытом воздухе

В соответствии с законом изменения температуры были разработаны три варианта тестирования в помещении и один тест на открытом воздухе. Температуры трех испытаний в помещении были определены в соответствии с данными почти за 3 года в Харбине, как показано на Рисунке 3, а испытания на открытом воздухе начались 17 сентября ^{-го числа} апреля 2015 года.

Образцы цилиндров диаметром 150 мм. Размер × 150 мм с 5% -ным содержанием щебня, стабилизированного цементом, были приготовлены в соответствии со схемой приготовления смеси из стабилизированного щебня.Ежедневно проводились испытания прочности на неограниченное сжатие при трех различных температурах отверждения.

Случай 1. (отверждение при стандартной температуре): стандартное отверждение в полном соответствии с требованиями спецификации операции, при которой температура составляла 20 ° C. Испытание на прочность на неограниченное сжатие проводилось с 3 ^-го -го дня до 7-го ^-го -го дня. Прочность на сжатие 7 ^th (то есть стандартная прочность 7 ^th ) использовалась в качестве эталона.

Случай 2. (отверждение при постоянной низкой температуре): температура отверждения составляла 10 ° C, которая была определена в соответствии со средними высокими и средними низкими температурами, взвешенными по времени в течение почти трех лет. Прочность на сжатие была проверена, и испытания не прекращались до тех пор, пока прочность на сжатие не превысила стандартную прочность 7 ^th .

Случай 3. (отверждение при взаимодействии при дневной температуре): температура была изменена в испытательной камере для имитации больших колебаний дневной и ночной температур.Как показано на рисунке 3, высокая температура поддерживалась на уровне 16 ° C с 7:00 до 15:00 в течение 8 часов, а низкая температура составляла 6 ° C с 16:00 до 6:00 в течение 14 часов. С 6:00 до 7:00 температура повысилась с 6 ° C до 16 ° C, а с 15:00 до 16:00 температура снизилась с 16 ° C до 6 ° C. Кроме того, прочность на сжатие будет продолжаться после 7 ^-го -го дня до тех пор, пока прочность не превысит стандартную прочность 7 ^-го .

Случай 4. (отверждение при естественной температуре наружного воздуха): согласно данным прогноза погоды, испытание началось 17 апреля 2015 года.Образцы помещали в яму для испытаний. Базовый слой дорожного покрытия и методы отверждения были смоделированы, а прочность на сжатие была испытана с 7 ^-го -го дня до тех пор, пока прочность не превысила стандартную прочность 7 ^-го . Конкретный рабочий процесс и метод измерения температуры обсуждаются ниже.
Сначала вырыли яму глубиной 15 см и выровняли дно. Затем образцы были аккуратно помещены в яму, и промежуток был заполнен мелким заполнителем и уплотнен.Верх был покрыт белым геотекстилем для сохранения влаги, а вода разбрызгивалась на поверхность каждый день в полдень. Фотографии размещения образцов показаны на рисунке 4.
Три образца использовались для измерения температуры. На каждом образце четыре датчика температуры были встроены в верхнюю, среднюю внешнюю, нижнюю и центральную части тела, которые использовались для измерения температуры различных частей каждого образца. На рис. 5 схематически показано расположение датчиков температуры, среди которых центральный датчик был встроен в процесс производства образца, а три внешних датчика были позже закреплены на поверхности.Изображения, показывающие центральные датчики и средние внешние датчики, приведены на рисунке 6. Во время периода отверждения на открытом воздухе для измерения температуры использовался ручной термометр, и частота измерения составляла 1 показание / час.

4. Характеристики материала и методы испытаний

4.1. Характеристики цемента

В эксперименте использовался цемент Harbin TIANE 425 #. Технические показатели цемента приведены в таблице 1. Обратите внимание, что дозировка цемента составляет 5% от массы заполнителя.

Индекс Время начального схватывания Время окончательного схватывания 3D прочность (МПа) Прочность на сжатие Прочность на изгиб Значение 1 ч 3 мин 2 ч 40 мин 21,3 4,8

4.2. Aggregate Grade

. Используемые агрегаты были четырех размеров: 2 см – 3 см, 1 см – 2 см, 0,5 см – 1 см и 0 см – 0,5 см. Используемый гравий соответствовал требованиям «Технических условий для строительства дорожного покрытия (JTJ034-2000)». Совокупный состав композитов представлен в таблице 2.

Размер экрана (мм) 26,5 19 9,5 4,75 2,36 0,6 0.075 Композитный сорт 97,7 77,0 48,0 28,6 21,0 10,5 2,2

4,3. Испытание на уплотнение

Для подготовки к изготовлению образца максимальная плотность в сухом состоянии и оптимальное содержание воды в смеси были определены путем испытаний на уплотнение. В соответствии с процедурами, описанными в «Методике испытаний стабилизированных материалов для неорганического связующего для дорожного строительства (JTG E51-2009)», оптимальное содержание воды составляло 6.8%, а максимальная плотность в сухом состоянии составляла 2,144 г / см ³ .

4.4. Испытание на неограниченное сжатие

Образцы были изготовлены и хранились в камере для отверждения. В соответствии с требованиями температуры отверждения в трех случаях контролировались на уровне 20 ° C и 10 ° C и в диапазоне от 6 ° C до 16 ° C. Образцы были подвергнуты испытаниям на безусловное сжатие в соответствии с разработанным планом испытаний.

5. Результаты и обсуждение

5.1. Результаты испытаний в помещении

На рис. 7 показан закон увеличения прочности на сжатие при трехсторонних испытаниях в помещении.Что касается стандартной температуры отверждения, равной 20 ° C (Случай 1), прочность увеличивается с увеличением времени отверждения, и коэффициент усиления изначально высокий, но постепенно снижается до 7 ^-го -го дня. Прочность составляет 3,5 МПа, что соответствует требованиям стандарта. В условиях постоянной низкой температуры 10 ° C (Случай 2) прочность на сжатие непрерывно увеличивается с увеличением времени отверждения, но скорость прироста меньше, чем при стандартных условиях отверждения. Прочность на сжатие — 2.2 МПа на 7 ^{-й день} , что составляет лишь 62,9% от стандартной прочности 7 ^-го . Прочность на сжатие не достигает стандартной прочности 7 ^th до 14 ^th дня. При дневной температуре взаимодействия от 6 ° C до 16 ° C (Случай 3) прочность на сжатие также увеличивается с увеличением времени отверждения, но скорость прироста меньше, чем при стандартном отверждении, а также немного меньше, чем что в условиях постоянного низкотемпературного отверждения.Прочность на сжатие составляет 2,1 МПа в день 7 ^th , что составляет только 60% от стандартной прочности 7 ^th при стандартных условиях отверждения. Прочность на сжатие не достигает стандартной прочности 7 ^th до 14 ^th дня.

5.2. Результаты испытаний на открытом воздухе

5.2.1. Закон переноса температуры образцов в естественной окружающей среде на открытом воздухе

На рисунке 8 показана кривая дневной температуры в каждом положении образцов 20 апреля 2015 г.Видно, что изменение температуры в образцах было аналогично изменению температуры воздуха, а диапазон колебаний в верхней части был больше, чем в средней и нижней частях. Разница между центральной и средней внешней стороной была небольшой, что указывало на небольшой перенос температуры в горизонтальном направлении. Закон переноса температуры образцов в естественной среде на открытом воздухе представлен следующим образом: (1) С 6 часов утра температура начала повышаться, и разница температур между верхней, средней и нижней частями также постепенно увеличивалась.(2) В 11:00 — 14:00 разница температур между верхней и нижней частью достигла максимума 8 ° C, в то время как разница между верхней и средней температурой была около 6 ° C, а разница температур средней и нижней составляла около 2 ° C. С. Это ясно указывало на то, что температура демонстрировала нелинейную картину в направлении глубины. Другими словами, тепло, полученное поверхностью, было самым значительным; затем тепло заметно уменьшилось, когда оно перешло в середину, и почти не существовало до дна.(3) В 13 часов дня верхние температуры достигли максимума, а в 14 часов средняя и нижняя температуры достигли максимума днем. После этого температура всех частей постепенно снижалась, при этом температура верхней части падала с максимальной скоростью, а средняя и нижняя температуры медленно понижались. (4) С 20 часов вечера до почти 5 часов утра или около того температуры в каждой позиции были в основном то же самое, в котором разница температур между верхней, средней и нижней частями находится в пределах 2 ° C.

Данные «Температура × Время» использовались в качестве индекса для анализа статуса отверждения в каждой позиции образцов. Кумулятивная сумма «Температура × Время» для каждого положения образцов в естественной окружающей среде была рассчитана для 7 ^-го -го дня и показана в Таблице 3. «Температура × Время» для 7 ^-го -го дня стандартного отверждения составляла рассчитано как 3360 ° C · ч.

900 23

900 2720 ​​ Дни отверждения в месте (г) Верхний Средний Нижний Центральный 7 2057 1727 1427 1690 8 2360 1987 1641 1946 9 2660 2247 1853 2200 10 2965 2515 2068 2462 11 3265 2779 2280 2719 12 3569 3045 2498 2979 13 3877 3315 3246

Как видно из Таблицы 3, когда отверждение продолжалось до 12 ^-го -го дня, значение «Температура × Время» в верхнем положении достигло 3569 ° C · ч, что превысило стандартное отверждение на 7 ^чт день 3360 ° C · час.Однако она составляла всего 2498 ° C · ч в нижнем положении и 2979 ° C · ч в центральном положении. Основываясь на теории зрелости, можно считать, что прочность на сжатие в верхнем положении достигла стандартной прочности 7 ^th , в то время как средняя и нижняя позиции не достигли стандартной прочности 7 ^th . Это также может быть хорошим объяснением того, почему на строительной площадке иногда может произойти сбой керна, когда только верхняя часть является твердой, а нижняя часть довольно рыхлая, как показано на Рисунке 9.

5.2.2. Закон увеличения прочности при отверждении при естественной температуре на открытом воздухе

На рисунке 10 показан закон увеличения прочности при отверждении при естественной температуре на открытом воздухе. Прочность на сжатие увеличивается с увеличением количества дней выдержки. Прочность на 7-й день составляла 2,2 МПа, что составляло лишь 62,9% от стандартного отверждения, и достигло 7 ^th стандартной прочности, когда количество дней достигло 13.

6. Сравнение закона увеличения прочности и установление зрелости-прочности Модель

6.1. Сравнение закона увеличения прочности при четырех условиях отверждения

На рисунке 11 представлены сравнения кривых увеличения прочности на сжатие при различных условиях отверждения. Можно сделать следующие выводы: (1) Во всех четырех случаях прочность на сжатие увеличивалась с увеличением времени отверждения. Прирост скорости отверждения при низкой температуре был ниже, чем при отверждении при стандартной температуре отверждения. Коэффициенты усиления можно отсортировать в порядке убывания (от высокого к низкому): отверждение при стандартной температуре> отверждение при естественной температуре на открытом воздухе> отверждение при постоянной низкой температуре> отверждение при дневной интерактивной температуре, в котором разница между двумя последними была незначительной.(2) Кривые увеличения прочности для четырех случаев соответствовали логарифмической кривой с видом функции. После калибровки модели было обнаружено, что средний коэффициент усиления для стандартной температуры составил a = 1,0152, для постоянной низкой температуры 10 ° C он был a = 1,4635, для дневной интерактивной температуры он составил a. = 1,5106, а для естественной температуры наружного воздуха средний коэффициент усиления составил a = 1,6107. (3) Для достижения той же силы 3.При 5 МПа количество дней, необходимых для каждого из этих четырех случаев, было показано следующим образом: 7 дней для стандартной температуры, 14 дней для постоянной низкой и дневной температуры взаимодействия и 13 дней для температуры наружного воздуха. (4) 7 ^-й -й день стандартная прочность достигла 3,5 МПа, в то время как остальные три составляли 2,2 МПа, 2,1 МПа и 2,2 МПа, соответственно, что составляло лишь 62% или около того. (5) Среди трех случаев низкотемпературного отверждения Кривые постоянной низкой температуры и естественной температуры наружного воздуха были такими же до 11.^-го -го дня, оба из которых также были очень близки к случаю дневной температуры взаимодействия, хотя дневной интерактивный прирост был самым медленным среди этих трех случаев.Теория зрелости будет использована для объяснения этого результата в следующем разделе.

6.2. Оценка и прогноз модели зрелости-прочности

Смесь щебня, стабилизированного цементом, состоит в основном из цемента, рассортированного щебня и воды. По составу аналогичен цементобетону. Единственная разница заключается в дозировке цемента. Теория зрелости широко использовалась для прогнозирования прочности цементного бетона. Таким образом, с точки зрения состава материала функция прогнозирования может быть установлена ​​на основе теории зрелости для прогнозирования прочности на сжатие 5% цементно-стабилизированной смеси щебня.Поскольку цементно-стабилизированный щебень можно рассматривать как цементный бетон с низкой дозой цемента, есть четыре функции, которые можно использовать на основе существующих исследований цементного бетона, включая степенную функцию, логарифмическую функцию, экспоненциальную функцию и гиперболическую функцию [25 ].

Зрелость трех экспериментов в помещении была рассчитана и показана в таблицах 4 и 5. Взаимосвязь между зрелостью и силой в трех случаях показана на рисунке 12. Кажется, что логарифмические функции являются лучшими прогностическими кривыми во всех трех случаях. и, следовательно, он использовался в качестве предпочтительной функции для цементно-стабилизированной щебеночной смеси.Кроме того, путем объединения данных по всем трем случаям и разработки единой прогнозной модели параметры a = 1,9358 и b = 12,183 были получены путем аппроксимации данных по прочности на сжатие и зрелости, а коэффициент корреляции составил R . ² = 0,9907. Короче говоря, модель прогнозирования зрелости и прочности 5% цементно-стабилизированной щебеночной смеси была.

дней 3 дня 4 дня 5 дней 6 дней 7 дней Отверждение на стойке 1440 1920 2400 2880 3360

9 0015 3042 дней 7 d 8 d 9 d 10 d 11 d 12 d 13 d 14 d Корпус 2 1680 1920 2160 2400 2640 2880 3120 3360 Корпус 3 1638 1872 2106 2340 2574 2808 3276

Для случаев естественного отверждения на открытом воздухе данные центрального положения использовались для расчета зрелости. Следует отметить, что один час использовался в качестве диапазона температур, затем накапливались в один день и снова накапливались по дням, чтобы получить стоимость погашения.Используя полученную функцию для прогнозирования прочности на сжатие при отверждении на открытом воздухе, результаты были показаны в таблице 6. Обратите внимание, что эти результаты были очень близки к испытанной прочности, а коэффициент корреляции достиг 99,865%, что ясно указывает на высокий точность модели. Согласно модели, прочность на сжатие при низкотемпературном отверждении может быть спрогнозирована с учетом зрелости, что дает справочную информацию для расчета прочности и определения графика строительного проекта для инженерных приложений.

дней 7 дней 8 дней 9 дней 10 дней 11 дней 12 дней 13 дней Срок погашения (° C · ч) 1690 1946 2200 2462 2719 2979 3246 Испытанное значение (МПа) 2.200 2.500 2.700 2,900 3,100 3,300 3,500 Прогнозируемое значение (МПа) 2,205 2,478 2,715 2,933 3,125 3,302 3,468 961

7. Заключение

В настоящем исследовании обсуждается закон увеличения прочности на сжатие 5% -ного цементного щебня при низкотемпературном отверждении, с особым акцентом на отверждение при различных температурах, которые аналогичны различным температурам воздуха в реальный мир.

В этой статье были проведены эксперименты при трех вариантах отверждения при температуре в помещении и одном естественном отверждении на открытом воздухе. Экспериментальные результаты показали, что прочность на сжатие возрастает с увеличением времени отверждения во всех четырех случаях и что коэффициент усиления при низкой температуре был меньше, чем при стандартной температуре. Коэффициенты усиления можно отсортировать в порядке убывания: отверждение при стандартной температуре> отверждение при естественной температуре на открытом воздухе> отверждение при постоянной низкой температуре> отверждение при дневной интерактивной температуре.Стандартная прочность достигла 3,5 МПа на 7 ^{-й день} , в то время как остальные составляли только 62% или около того. Численные результаты также показали, что для достижения той же прочности 3,5 МПа количество дней, необходимых для каждого случая низкой температуры, составляло 14 дней как для постоянной низкой, так и дневной температуры взаимодействия и 13 дней для температуры наружного воздуха.

Согласно температурным данным и информации о прочности, собранной в ходе нескольких испытаний в закрытых помещениях, была создана оценочная модель для прогнозирования прочности на основе теории зрелости.Доказано, что модель обладает способностью прогнозировать с высокой точностью на основе подтвержденных результатов, полученных на основе данных наружных испытаний.

По мере развития направления исследований в будущем характеристики, связанные с прочностью на сжатие в долгосрочной перспективе, также могут быть исследованы с большим количеством данных, собранных с течением времени.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы выражают искреннюю благодарность Национальной программе ключевых исследований и разработок Китая (2017YFF0205600) за финансовую поддержку.

Цементы CSA для бетонных столешниц: высокая прочность с низким углеродным следом

Эта статья начинает серию статей о цементах CSA. Потерпите меня — эта статья носит сугубо технический характер, но она дает вам представление о цементах CSA. В следующих статьях я объясню практические вопросы, такие как схватывание цементов CSA с замедленным схватыванием и использование с ними пуццоланов.

Цементы на основе сульфоалюмината кальция (CSA), разработанные в Китае в 1970-х годах, представляют собой класс специальных цементов, которые входят в семейство быстротвердеющих цементов. Быстротвердеющий цемент используется во многих областях, таких как настилы мостов, взлетно-посадочные полосы аэропортов, ямочный ремонт дорог, тротуаров и т. Д., Где необходимо быстрое наращивание прочности. Кроме того, цементы CSA иногда используются в бетоне с компенсацией усадки путем смешивания с портландцементом и для контролируемых материалов низкой прочности (CLSM), используемых для обратной засыпки грунтовых траншей.

Цемент

CSA еще не получил широкого распространения в производстве бетонных столешниц, но он должен — они предлагают огромные преимущества по сравнению с портландцементом с точки зрения прочности, скорости и свежести.

Быстрое увеличение силы

Основным преимуществом цементов CSA является то, что бетон, изготовленный из CSA вместо портландцемента, часто достигает прочности на сжатие, превышающей 5000 фунтов на квадратный дюйм за 24 часа; с CSA можно достичь 28-дневной силы за 24 часа.Это основная причина, по которой CSA используются вместо обычного портландцемента (OPC) для определенных приложений. Быстрое увеличение прочности имеет решающее значение в ситуациях, когда взлетно-посадочная полоса аэропорта, ремонт моста или поврежденная автострада должны быть возвращены в эксплуатацию в очень короткие сроки.

Низкий углеродный след

Еще одним ключевым преимуществом является то, что цементы CSA также значительно экологичнее. Портландцемент обжигается в печах при температуре около 1500 ° C (2700 ° F), тогда как цемент CSA нужно обжигать только при температуре около 1250 ° C (2250 ° F).Полученный клинкер CSA мягче, чем клинкер OPC, и для его измельчения требуется меньше энергии.

Цементная промышленность составляет небольшую, но значительную долю общих мировых выбросов диоксида углерода. Химическое превращение известняка в оксид кальция выявляет естественное образование диоксида углерода. На каждые 1000 кг трисиликата кальция (C3S), произведенного из известняка, получается 579 кг газа CO2, выделяемого исключительно в результате химической реакции, независимо от используемого процесса или эффективности использования топлива. Конкурс зеленых городов. «Зеленый цемент: поиск решения для устойчивой цементной промышленности», Департамент гражданской и экологической инженерии Калифорнийского университета в Беркли. 22 апреля 2007 г. Джон Андерсон.

Трисиликат кальция (C3S) — это соединение, обеспечивающее ранний прирост прочности портландцемента. Другое соединение, дисиликат кальция (C2S), образуется медленнее и обеспечивает более длительную прочность. C3S составляет около 50-60% от состава портландцемента, в то время как C2S составляет меньшую долю OPC, обычно около 18-20%.

Как видно из анализа источников выбросов CO2, химическое преобразование известняка в оксид кальция составляет около 48% выбросов CO2, образующихся при производстве обычного портландцемента. На сжигание ископаемого топлива для достижения высоких температур печи приходится еще 42%. В совокупности 90% выбросов CO2 напрямую связаны с химическим превращением известняка в цемент.

Напротив, производство 1000 кг CSA приводит только к 216 кг CO2, что примерно на 62% меньше по сравнению с OPC.Это сокращение намного больше, чем достигается за счет использования пуццоланов, полученных из промышленных отходов, в качестве заменителей ОРС, таких как летучая зола и доменный шлак, которые часто используются для замены только примерно 10-30% портландцемента. Бетон, изготовленный из 100% CSA, в 2-6 раз экологичнее, чем OPC, в котором значительное количество цемента заменено пуццоланами, включая «зеленые» пуццоланы, такие как зола и шлак. Фактически, цементы CSA имели самые низкие выбросы углерода из девяти альтернативных цементов, включая магнезиальные (цементы Сорель), метасиликат натрия (жидкое стекло) и цементы на основе алюмината кальция.

Низкая щелочность

Основными минеральными компонентами цемента CSA являются безводный сульфоалюминат кальция (4CaO · 3Al2O3 · CaSO4), двухкальциевый силикат (2CaO · SiO2) и гипс (CaSO4 · 2h3O). Известь в цементе CSA связана и несвободна, поэтому ее щелочь ниже. Значение pH всего 10,5-11; pH обычного портландцемента (OPC) составляет около 13, что в 100–300 раз щелочнее, чем цемент CSA. Низкая щелочность, естественно, сводит к минимуму возможность реакции щелочного агрегата.Это важно, когда в бетоне используется стекло и бетон подвергается воздействию влаги.

Цементы

CSA не работают как портландцемент. Из-за гораздо более низкой щелочности они не работают с пуццоланами, поэтому использование пуццоланов, таких как микрокремнезем, метакаолин и VCAS, в качестве замены цемента для повышения прочности или снижения содержания цемента (и, таким образом, восстановления или даже улучшения прочности относительно 100%). OPC) просто не будет работать. Испытания на сжатие, проведенные CCI, показали 30% -ную потерю прочности как через 1, так и через 7 дней, когда 20% цемента CSA было заменено на VCAS.

Нижняя усадка

Цементы

CSA становятся прочнее, быстрее, чем OPC, а цементы CSA демонстрируют очень низкие характеристики усадки. Частично это связано с двумя причинами. Во-первых, CSA требует примерно на 50% больше воды, чем портландцемент для надлежащей гидратации. Минимальное рекомендуемое отношение воды к цементу (в / ц) составляет 0,35, тогда как для OPC оно составляет около 0,22-0,25. Из-за более высоких требований к воде для гидратации большая часть воды для смешивания расходуется на гидратацию, и доступно меньше избыточной воды, чтобы вызвать проблемы с усадкой.Вторая причина заключается в том, что очень быстрое увеличение прочности может предотвратить усадочные трещины, поскольку прочность бетона увеличивается быстрее, чем усадочные напряжения бетона.

Однако, если используется соотношение воды и цемента ниже 0,35, может произойти значительная усадка. Это может означать не только скручивание, но и большие трещины и изменение цвета. Цементы CSA имеют строгие минимальные требования к воде, которые нельзя игнорировать.

Более короткое время отверждения

Отверждение с помощью CSA важно, но продолжительность влажного отверждения часто измеряется часами, а не днями или неделями.Оптимальная гидратация и стабильность плиты достигаются, когда бетон CSA остается влажным в течение не менее 3-4 часов после заливки. Во время начальной фазы гидратации бетон требует влаги, и при быстрой реакции выделяется значительное количество тепла. Если во время отверждения не будет обеспечена достаточная влажность, возможно растрескивание и скручивание. Когда влага обеспечивается за счет пруда или повторного смачивания в течение первых нескольких критических часов, долговременная стабильность и прочность сохраняются и гарантируются.

Прямая замена портландцемента

Цементы

CSA можно и нужно использовать как прямую, 100% замену портландцементу.

Поскольку CSA не вступает в реакцию с пуццоланами, они не нужны для получения высокопрочного и экологически чистого бетона. Это упрощает дизайн смеси и сводит к минимуму инвентарь. Все, что вам нужно сделать, это заменить 100% цементного материала в вашей текущей смеси, исключив пуццоланы. Использование пуццоланов с цементами CSA может фактически ослабить бетон, поэтому лучше не использовать их вообще.

Суперпластификаторы, особенно поликарбоксилаты, и модификаторы вязкости работают с CSA так же, как и с портландцементом.Другие экзотические добавки, такие как жидкие силикаты или ускорители, не нужны, они не работают или несовместимы с цементами CSA. Обычные замедлители схватывания цемента несовместимы. Подойдут только специальные замедляющие добавки на основе лимонной кислоты, сделанные для цементов CSA.

Рекомендации по цвету

Цемент

CSA доступен только в светло-коричневом / желтовато-коричневом цвете. Белый недоступен. Не забудьте поэкспериментировать со своими формулами цвета, когда переходите на цементы CSA.

Цементы

CSA совместимы с пигментами для бетона, их можно красить и окрашивать кислотой так же, как портландцементы. Декоративные заполнители, металл и стекло совместимы, поэтому возможны специальные вставки и внешний вид заполнителя.

Стоимость

Хотя быстрое увеличение прочности, высокая «экологичность» и низкая усадка являются ценными активами, за такую ​​высокую производительность приходится платить. В среднем мешок белого CSA весом 88 фунтов может стоить вдвое дороже, чем мешок белого портландцемента весом 94 фунта.Поскольку в деловом мире время — деньги, экономия дней, потраченных на ожидание, пока бетон наберет прочность, может иметь смысл, особенно если требуется более короткое время оборота. Бетон сегодня можно разливать и обрабатывать завтра, и во многих случаях он может быть разлит и разобран в один и тот же день. Это увеличивает производительность ваших литейных столов и сводит к минимуму количество необходимых столов и, следовательно, требуемый размер цеха.

Но если ваш производственный процесс неэффективен, если вам требуется много времени, чтобы сделать что-либо, или если у вас нет опыта создания бетонных смесей с нуля, тогда преимущества цементов CSA не будут реализованы.Подобно вождению очень быстрого спортивного автомобиля в пробке, изготовление бетона, который очень быстро набирает прочность, бессмысленно, если весь производственный процесс не оптимизирован для использования его быстрого набора прочности.

Особенности

Наконец, цементы CSA, на мой взгляд, не для новичков. Все в них увеличено и ускорено. Они гораздо более чувствительны к температуре, соотношению воды и тепла, замене пуццолана и т.п.Все происходит быстрее, поэтому, если на улице жарко, и вы не используете достаточное количество подходящего замедлителя схватывания, большая часть только что изготовленного вами бетона вполне может превратиться в твердую массу, прежде чем вы сможете ее укладывать. При летних температурах (выше 80-85 ° F) незамедленный бетон CSA, изготовленный с влажностью 0,35, может схватываться всего за 5 минут. С подходящим замедлителем схватывания, время работы которого может быть увеличено до 15–20 минут, а время схватывания — за несколько минут Хотя это кажется очень коротким по сравнению с бетоном на основе OPC, использование CSA требует хорошо отработанного, хорошо организованного процесса смешивания, очистки и заливки.Это заставляет вас стать эффективными и организованными. И это просто хорошо для бизнеса.

Поставщики

Щелкните здесь, чтобы прочитать статью о поставщиках цемента CSA.

Экспериментальное исследование характеристик набора прочности бетона с использованием портландского композитного цемента

Комитет ACI (1987). «Использование летучей золы в бетоне». Материалы Американского института бетона J. , стр. 381–409.

Google Scholar

Ахмади, Б.и Шекарчи, М. (2010). «Использование природного цеолита в качестве дополнительного вяжущего материала». Cem. Concr. Комп. , т. 32, № 2, с. 134–141.

Артикул Google Scholar

Брю Ф., Дэви К. А., Скочилас Ф., Берлион Н. и Бурбон X. (2012). «Влияние температуры на водоудерживающие свойства двух высокоэффективных бетонов». Cem. Concr. Res. , т. 42, № 2, стр. 384–396.

Артикул Google Scholar

Челик, О., Дамчи, Э., Пискин, С. (2008). «Характеристика летучей золы и ее влияние на прочность на сжатие портландцемента». Indian J. of Eng. И материаловедения. , т. 15, № 5, с. 433–440.

Google Scholar

Чиндапрасирт П., Джатурапитаккул К. Х. и Синсири Т. (2005). «Влияние тонкости помола на прочность на сжатие и размер пор смешанного цементного теста». Cem. Concr. Комп. , т.27, № 4, с. 425–428.

Артикул Google Scholar

Эль-Немр, К. Ф. (2011). «Влияние различных систем отверждения на механические и физико-химические свойства вулканизатов акрилонитрилбутадиенового каучука». Материалы и дизайн , Vol. 32, No. 6, pp. 3361–3369.

Артикул Google Scholar

Флореа, М. В. А. и Брауэрс, Х. Дж.Х. (2012). «Хлоридное связующее, связанное с продуктами гидратации. Часть I: Обычный портландцемент». Cem. Concr. Res. , т. 42, № 2, с. 282–290.

Артикул Google Scholar

Фрейслебен, Х. П. и Педерсен, Э. Дж. (1977). «Компьютер зрелости для контролируемого твердения и твердения бетона». Nordisk Betong , Vol. № 1. С. 21–25.

Google Scholar

Голестанифар, М.и Ахангари, К. (2011). «Решение о заимствовании крупных заполнителей из источников бетона». KSCE J. Civ. Англ. , т. 15, № 6, с. 965–973.

Артикул Google Scholar

Хоббс, Д. У. (1983). «Влияние летучей золы на удобоукладываемость и раннюю прочность бетона». Представлено на материалах Первой международной конференции CANMET / ACI по использованию летучей золы, микрокремнезема, шлака и других побочных минеральных продуктов в бетоне , Vol.79. С. 289–306.

Google Scholar

Hwang, K., Noguchi, T., and Tomosawa, F. (2004). «Прогнозная модель развития прочности на сжатие зольного бетона». Cem. Concr. Res. , т. 34, No. 12, pp. 2269–2276.

Артикул Google Scholar

Jansen, D., Neubauer, J., Goetz-Neunhoeffer, F., Haerzschel, R., and Hergeth, W.-D. (2012). «Изменение кинетики реакции портландцемента, вызванное суперпластификатором — Расчет кривых теплового потока по данным XRD.” Cem. Concr. Res. , т. 42, № 2, стр. 327–332.

Артикул Google Scholar

Каосер А. Р. (2006). Исследование прочности и долговечности бетона из кирпичного заполнителя с летучей золой , докторская диссертация, Бангладешский инженерно-технологический университет, Дакка.

Google Scholar

Ким, Дж. К., Мун, Ю. Х. и Эо, С. Х. (1998). «Повышение прочности бетона на сжатие при разном времени и температуре схватывания.” Cem.Concr. Res. , т. 28, № 12, с. 1761–1773.

Артикул Google Scholar

Клигер, П. (1958). «Влияние температуры смешивания и отверждения на прочность бетона». ACI J. Proc. , т. 54, № 12, с. 1063–1081.

Google Scholar

Махаснех Б. З. и Шавабке Р. А. (2004). «Прочность на сжатие и проницаемость песчано-цементно-глинистого композита и применение для стабилизации тяжелых металлов.” American J. of Applied Sci. , т. 1, № 4, с. 01–04.

Google Scholar

Озтурк, А. У. и Барадан, Б. (2011). «Влияние типа и дозировки добавки на микроструктурные и механические свойства цементных растворов». KSCE J. Civ. Англ. , т. 15, № 7, с. 1237–1243.

Артикул Google Scholar

Прайс, У. Х. (1951). «Факторы, влияющие на прочность бетона.” J. Американский институт бетона , Vol. 47. С. 417–432.

Google Scholar

Разак, Х.А. и Саджеди, Ф. (2011). «Влияние термической обработки на прочность на сжатие цементно-шлаковых растворов». Материалы и дизайн , Vol. 32, №№ 8–9, стр. 4618–4628.

Артикул Google Scholar

Сата, В., Тангпагасит, Дж., Джатурапитаккул, К., и Чиндапрасирт, П. (2012). «Влияние соотношений W / B на пуццолановую реакцию золы биомассы в матрице портландцемента». Cem. Concr. Комп. , т. 34, № 1. С. 94–100.

Артикул Google Scholar

Саул А.Г.А. (1951). «Принципы парового твердения бетона при атмосферном давлении». Журнал Конц. Res. , т. 2, № 6, с. 127–140.

Артикул Google Scholar

Шафик, Н.(2011). «Степень гидратации и прочности на сжатие кондиционированных образцов из нормальной и смешанной цементной системы». KSCE J. Civ. Англ. , т. 15, No. 7, pp. 1253–1257.

Артикул Google Scholar

Шарифи Ю. (2012). «Структурные характеристики самоуплотняющегося бетона, используемого в железобетонных балках». KSCE J. Civ. Англ. , т. 16, No. 4, pp. 618–626.

MathSciNet Статья Google Scholar

Тео, Д.К. Л., Маннан М. А., Куриан В. Дж. (2010). «Прочность легкого бетона OPS-бетона при различных условиях твердения». Материалы и конструкции , Vol. 43. С. 1–13.

Артикул Google Scholar

Wongkeo, W., Thongsanitgarn, P., and Chaipanich, A. (2012). «Прочность на сжатие и усадка при высыхании многокомпонентных цементных растворов на основе зольной пыли и микрокремнезема». Материалы и дизайн , Vol.36. С. 655–662.

Артикул Google Scholar

Ву, С.К., Сонг, Ю.С., и Вон, Ж.-П. (2011). «Повышенная долговечность бетона лицевой плиты в каменно-бетонной дамбе с использованием летучей золы и ПВС-волокна». KSCE J. Civ. Англ. , т. 15, № 5, с. 875–882.

Артикул Google Scholar

Чжао, Х., Сун, В., Ву, X. и Гао, Б. (2012).«Влияние начального периода отверждения водой и условий отверждения на свойства самоуплотняющегося бетона». Материалы и дизайн , Vol. 35. С. 194–200.

Артикул Google Scholar

Жутовский С., Ковлер К. (2012). «Влияние внутреннего отверждения на долговечные свойства высокоэффективного бетона». Cem. Concr. Res. , т. 42, № 1. С. 20–26.

Артикул Google Scholar

.