Vše o nárůstu pevnosti betonu – proces, tabulka, vliv teploty

Zpevňování betonu je proces tvrdnutí materiálu na 100 procent tvrdosti. Podle norem GOST by doba pro získání plné síly měla být 28 dní. Pokud teplotní podmínky splňují normy, 7. den dosáhne tvrdost betonu 70 procent.

Vytvrzování roztoku je proces, který je zpožděný v čase. I po dosažení 100 procent tuhnutí po 28 dnech se pevnost betonové konstrukce nadále mění. Za příznivých podmínek beton pokračuje v nabírání pevnosti po celý rok a může zlepšit své vlastnosti 1,5-2krát.

PŘÍKLAD: Beton třídy M-250, navržený pro maximální zatížení 262 kgf/cm 2, po roce tvrdnutí při teplotě v rozmezí od +5 do +25 0 C při měření pevnosti ukazuje, že jej lze zařadit mezi materiál třídy B25, který je schopen odolat zatížení 327 kg/cm2.

Proces tuhnutí betonu

Tuhnutí roztoku je složitá chemická reakce, při které se při kontaktu minerálů s vodou spustí proces hydratace. V důsledku přidání molekul vody k částicím slínku vzniká pevná monolitická látka. Specialisté na studium stavebních materiálů rozdělují proces dosažení plné připravenosti k použití s ​​litým roztokem do dvou fází – tuhnutí a vytvrzení.

uchopení

V této fázi se roztok přemění z polotekutého do pevného skupenství.

• Pro udržení materiálu v požadovaném stupni plasticity od okamžiku smíchání cementu s vodou až do ukončení lití do připravených forem se beton průběžně míchá. K tomuto účelu se používají speciální jednotky – míchačky betonu.
• Po nalití je roztok zhutněn uvnitř bednění a mechanický dopad na něj je zastaven. Bez míchání směs slínku aktivně reaguje s vodou a ztrácí svou pohyblivost.

Standardní směsi tuhnou za 24 hodin. Ztráta pohyblivosti materiálu je hlavním rozdílem mezi nastavením. Poté, co roztok zcela ztratí svou plasticitu, začíná proces tuhnutí v místě tuhnutí.

kalení

Tvrdnutí betonu je hlavní a nejkritičtější fází při vytváření železobetonové konstrukce. Při vytvrzovací reakci dochází ke konečné přeměně suchého roztoku spojeného s vodou na monolitický materiál, který je svou pevností podobný kameni.

Nárůst síly za den

Jak systematicky a efektivně tvrdne, ukazuje analýza stavu betonu, která se provádí v prvních pěti dnech od okamžiku lití. Obecně lze dosažení materiálního stavu vidět z následující tabulky:

Procento pevnosti je uvedeno v souladu s továrními parametry – procento je vypočteno ze 100% výrobcem deklarované pevnosti v parametrech 261 – 1310 kg/cm2. O kolik dní později nalitý roztok získá specifikované vlastnosti, závisí na poměru záměsové vody a směsi slínku. Pokud se ke čtyřem dílům suchého základu nepřidají dva, ale jeden díl vody, proces vytvrzování bude probíhat 2x rychleji.

Tabulka pevnosti betonu

Tabulka průměrných pevnostních zisků betonové malty při různých teplotách – doby tvrdnutí betonu do 100%.

křivka pevnosti betonu

Tvrdnutí ztuhlé betonové malty:

• ukazatel času za den – spodní vodorovná osa;
• procento vytvrzení roztoku – vertikální osa;
• teplota okolního vzduchu – horní vodorovná osa;
• dynamika nárůstu síly – křivky v obecné oblasti.

Některé teplotní režimy jsou zobrazeny na pravé vertikální ose, protože při teplotách pod 17 0 C roztok nestihne 28% vytvrdit za 100 dní.

Podmínky kalení

Jako každá jiná chemická reakce závisí tuhnutí a tvrdnutí betonu na podmínkách pro získání pevnosti. Mezi přirozené podmínky tuhnutí patří mezi specialisty na výrobu betonových konstrukcí teplota vzduchu a relativní vlhkost, která by měla být minimálně 80 %, ideálně 90 – 93 %.

Normální podmínky: specifikovaná vlhkost a teplota kolem 22 0 C. V zimních podmínkách může taková vlhkost snížit rychlost „stárnutí“ roztoku a dokonce zastavit proces tuhnutí až do sezónního zvýšení teploty vzduchu.

Přirozené tvrdnutí betonu lze ovládat pomocí dalších akcí:

1. Dávkování vody. Přidání vody do roztoku v poměru více než 3 díly vody k 5 dílům směsi slínku ovlivňuje stupeň pevnosti a vyvolává výskyt dutin uvnitř zmrzlé hmoty.
2. Složení roztoku. Směs slínku obsahuje cement, písek, drcený kámen/štěrk. Doba tvrdnutí roztoku a kvalita betonu závisí na poměrech, ve kterých jsou tyto prvky smíchány.
3. Je čas roztok promíchat. Při procesu ručního míchání a v automatických zařízeních se ze směsi slínku odpařuje voda. Pokud míchání pokračuje déle než 2 hodiny, pevnost betonu klesá.

Za různých podmínek se betonová malta chová odlišně. Pro přesný výpočet proporcí, načasování a výběru značky se doporučuje zapojit profesionály.

Nárůst síly v závislosti na teplotě

Vliv teploty na rychlost tvrdnutí je hlavním faktorem, který je třeba vzít v úvahu při výpočtu výroby železobetonových výrobků a konstrukcí.

• Při zvýšených teplotách se rychlost nárůstu pevnosti zvyšuje v důsledku zvýšení rychlosti hydratace. Zároveň při tvrdnutí betonu při teplotách nad +22 0 C se zrychluje odpařování vody z roztoku. Pokud jsou splněny standardy dávkování „směs/voda“, pomáhá to roztoku rychleji tuhnout a tvrdnout. Pokud ve vytvrzovacím roztoku není dostatek vody, vede to ke vzniku trhlin a dutin naplněných vzduchem.
• Při teplotách pod nulou voda v betonové směsi zamrzne a přestane vstupovat do hydratačního procesu. Tím se zastaví nárůst síly. Pokud je vytvrzovací teplota 0 – 16 0 C, dynamická viskozita vody se zvýší téměř 2x. Tato změna charakteristik snižuje rychlost tvrdnutí betonu.
• Optimální teplota vytvrzování je +18 – 22 0 C. Správně namíchaný a odležený roztok za normálních teplot vytvrdne za 28-30 dní a bude „zrát“ ještě několik měsíců a zlepší původně udávané vlastnosti.

Kontinentální klima běžné v Ruské federaci ne vždy umožňuje betonářům pracovat při normální teplotě, aby získali sílu. Konstrukce a výroba železobetonových výrobků v našich klimatických podmínkách vyžaduje urychlení procesu tuhnutí.

Jak urychlit tvrdnutí betonu

Metody pro urychlení nárůstu pevnosti betonu:

1. Použití speciálních druhů cementu.
2. Zahřívání tuhnoucího roztoku.
3. Použití přísad k urychlení tuhnutí.

Pro práci a výrobu v chladném klimatu je obvyklé upřednostňovat značky cementu se speciálními přísadami a hlinitým cementem. Tyto typy rychle tvrdnou díky přítomnosti speciálních přísad pro tvrzení – draslíku a chlorovodíku. Hlinitanový cement se vyznačuje vysokým přenosem tepla při „zrání“, a proto získává pevnost normální rychlostí i při teplotách blízkých 0 0 C.

Ohřev litého betonu se provádí pomocí tepelné izolace a speciálního vybavení – elektrod, drátů PSNV, IR zařízení a parních topných systémů. Jako speciální přísady se používá síran sodný, potaš, soda, chlorid vápenatý a železo.

Beton vděčí za svou hlavní kvalitu – pevnost – hydratačním reakcím, které začínají po smíchání cementu s vodou.

Z čeho se beton vyrábí?

Hlavní složkou, která poskytuje vlastnosti transportbetonu, je cement. Je to vodou vytvrzující pojivo, které v přítomnosti vody vytváří silnou krystalickou strukturu, ale to vyžaduje čas.

Druhou důležitou složkou betonové směsi je voda, která iniciuje hydratační reakce. Stálá přítomnost vody je důležitým faktorem, bez kterého k nabírání síly nedojde správně.

Do betonové směsi se také přidávají velké a malé kamenivo (štěrk nebo drcený kámen a písek).

Podmínky tuhnutí betonu

Tvrdnutí betonu podléhá určitým zákonům.

Proces nárůstu pevnosti probíhá nejrychleji v prvních hodinách po položení betonové směsi. Pak se tyto procesy zpomalují a čím dále, tím pomaleji postupují. Ačkoliv tedy hlavní soubor vypočtené pevnosti nastává 28. den, velmi pomalé tvrdnutí betonu pokračuje ještě mnoho dalších měsíců.

Existují dvě fáze nárůstu pevnosti betonu:

Nastavení betonu

Jedná se o první fázi nabírání síly, ke které dochází během prvního dne po smíchání.

Zajímavé!

Pokud betonovou směs zamícháte, neztuhne. Tato vlastnost umožňuje přepravu betonu po poměrně dlouhou dobu. Rovněž pokud je nutné prodloužit životnost betonové směsi, používají se plastifikátory. Umožňují zvýšit plasticitu a pohyblivost směsi, zabraňují její delaminaci, činí ji poddajnou a snadno se s ní pracuje. Kromě toho plastifikátor umožňuje pokládání betonové směsi hustěji (někdy i bez použití speciální úpravy), „vytlačuje“ z ní vzduch, díky čemuž je minimalizován jak počet pórů, tak jejich průměr, a v důsledku toho je beton hustší a pevnější. Zlepšují se také jeho vlastnosti jako voděodolnost a mrazuvzdornost.

Rychlost tuhnutí betonu závisí na teplotě vzduchu. Takže při teplotě asi 20 °C začne tuhnutí asi dvě hodiny po smíchání a proces bude trvat asi hodinu. Při okolní teplotě asi 0 °C začíná tuhnutí pouze 6–10 hodin po smíchání a trvá asi 15–20 hodin. Naopak při zvýšených teplotách dochází k tuhnutí velmi rychle.

Důležité!

Někdy je nutné, aby tuhnutí a tvrdnutí betonu probíhalo rychleji. Potřeba toho může například nastat, pokud se betonářské práce provádějí v zimě, při nízkých teplotách (kdy jsou tyto procesy naopak výrazně zpomaleny). V tomto případě pomáhají při stavebních pracích urychlovače tvrdnutí betonu. Přidáním urychlovačů tuhnutí beton rychle získá kritickou pevnost, po které se již nebojí nízkých teplot.

Tvrdnutí betonu

Po první fázi – tuhnutí – přichází na řadu tvrdnutí betonu nebo nabírání pevnosti.

Tento proces, který se postupně zpomaluje, pokračuje měsíce a dokonce roky. Ale vypočtená síla je dosažena 28. den.

V procesu tvrdnutí betonu se rozlišují dva důležité body:

1. kritický nárůst síly;
2. sada pevnosti bednění.

Kritická pevnost betonu: co to je

Kritická pevnost betonu je zvláště důležitá v zimě. Jakmile beton dosáhne kritické pevnosti, mráz již nehrozí. Pokud beton zmrzne dříve, než dosáhne kritické pevnosti, pak i když bude po rozmrazení dále tvrdnout, výsledný beton bude slabší, než bylo navrženo.

Konstrukční dokumentace určuje, jaká pevnost je považována za kritickou. Obvykle je to 30-50%, někdy 70% vypočtené hodnoty.

Pevnost odbednění

Pevnost v odbednění je síla, při které lze bednění odstranit. Liší se pro různé typy konstrukcí a obvykle činí nejméně 50 %, ale obecně 70–80 % návrhové pevnosti.

Důležitou roli hraje rychlost, s jakou beton získává pevnost bednění, protože rychlý nárůst pevnosti bednění urychluje obměnu zařízení a zvyšuje tempo výstavby.

Co určuje nárůst pevnosti betonu

Tvrdnutí betonu ovlivňuje mnoho faktorů.

Cement

Složení, aktivita a čerstvost cementu přímo ovlivňují nárůst pevnosti:

1. Činnost cementu. Aktivita je mez pevnosti v tlaku vzorků cementu ve stáří 4 týdnů. Pro zisk pevnosti je důležitá jemnost mletí a granulometrie. Malé částice jsou rychleji smáčeny vodou a přispívají k rychlému tvrdnutí a středně velké částice ovlivňují pevnost, která bude získána do konce 4. týdne. Hrubě mletý cement se méně podílí na hydratačních reakcích a i v hotovém betonu jsou cementová zrna, která nezreagovala s vodou, což se samozřejmě negativně projevuje na pevnosti hotového betonového kamene.
2. Čerstvost cementu. Cement, bez ohledu na to, jak je kvalitní, během skladování velmi rychle ztrácí své vlastnosti, zvláště pokud byl materiál skladován otevřeně ve vysoké vlhkosti. V tomto případě již po 3 měsících klesá pevnost o 62 % u denních vzorků a o 28 % u vzorků starých 23 dní. Je zajímavé, že přidání změkčovadla v tomto případě umožňuje získat vysoce kvalitní beton i z prošlého cementu.
3. Chemické složení slínku a nečistot, které mohou zvýšit nebo snížit aktivitu určitého typu cementu.

Poměr vody a cementu

Cement a voda v betonové směsi jsou v určitém poměru a je velmi důležité dodržet správný poměr.

Určité množství cementu vyžaduje určité množství vody, konkrétně poměr vody k cementu by měl být 0,3. V tomto případě je dostatek vody na zreagování veškerého cementu a není zde přebytek volné vody. Výsledkem je však v tomto případě velmi tvrdá betonová směs, se kterou se téměř nedá pracovat. Proto se obvykle bere poměr voda-cement 0,45–0,55. Pokud se ale ve snaze udělat směs mobilnější a snadněji umisťovatelnou přidá příliš mnoho vody, zůstává nezreagovaná, odpařuje se a zanechává v betonu póry, což v konečném důsledku negativně ovlivňuje jeho pevnost.

Proto se pro zvýšení pohyblivosti a zpracovatelnosti betonové směsi používají speciální přísady – plastifikátory. Přidání změkčovadla vám umožní ušetřit cement a vodu a zároveň vyrobit vysoce kvalitní a odolný beton. (při menším množství cementu ve směsi si beton s plastifikátorem zachovává navrženou pevnost).

Když mluvíme o pohyblivosti směsi, je třeba zmínit způsoby jejího zhutňování, které přímo ovlivňují nárůst pevnosti. Pokud betonová směs není klasifikována jako „samozhutnitelná“, vyžaduje zhutnění vibračním ošetřením nebo jinými metodami. Jinak v betonu zůstávají dutiny a dutiny, které snižují jeho pevnost.

Závislost nárůstu pevnosti na teplotě a vlhkosti vzduchu

Teplota a vlhkost okolního vzduchu mají významný vliv na pevnost betonu.

Optimální jsou následující ukazatele:

1. teplota vzduchu 18–20°C;
2. vlhkost vzduchu je asi 100%.

Jak bylo uvedeno výše, voda má velký význam pro proces nabírání síly. Právě ta zajišťuje hydratační reakce, které vedou k vytvoření silné krystalické struktury betonu. Při příliš nízké teplotě (pod 0°C) voda, která ještě nestihla reagovat s cementem, zamrzne. Hydratační reakce se zastaví a zmrzlá voda zvětší svůj objem, což způsobí vznik mikrotrhlin, které snižují pevnost betonu. Pokud je teplota vzduchu příliš vysoká nebo vlhkost vzduchu příliš nízká, betonová směs rychle a nerovnoměrně vysychá, což v konečném důsledku také vede ke zpomalení nebo zastavení hydratačních reakcí.

Proto je nutná péče o beton po pokládce, zvláště pokud podmínky nejsou zdaleka optimální.

Pokud je teplota příliš vysoká a vlhkost vzduchu nízká, beton se zalije vodou a pokryje se fólií, aby se vlhkost udržela.

Při betonáži v podmínkách nízké teploty se používá celá řada opatření (samostatně nebo v kombinaci), která lze rozdělit do tří hlavních skupin:

1. Zachování přirozeného tepla uvolněného při hydratačních reakcích (účinné pro masivní konstrukce s malou chladicí plochou). V tomto případě se beton smíchá s teplou vodou a plnivy a po položení se pokryje tepelně izolačními materiály.
2. Ohřev položeného betonu pomocí elektrod, infračerveného záření a dalších metod.
3. Použití nemrznoucích přísad.

Ze všech těchto metod je nejpokročilejší použití nemrznoucích přísad, které lze kombinovat s termoskou metodou nebo oteplovacími opatřeními.

Na rozdíl od opatření zahřívání a zahřívání umožňují nemrznoucí přísady provádět betonářské práce při velmi nízkých teplotách (–20 °C), aniž by byla ohrožena pevnost hotového výrobku. Často kombinují vlastnosti změkčovadla a urychlovače tvrdnutí betonu, což umožňuje šetřit cement a získat snadno použitelnou betonovou směs.

Pevnostní zisk betonu závisí na složení betonové směsi, proporcích, míchání a způsobu pokládky a také na péči o kladený beton. Použití speciálních přísad umožňuje řídit tento proces a získat předvídatelné výsledky. Je důležité si uvědomit, že ekonomické přínosy používání aditiv výrazně převyšují jejich náklady. Například úspory ve výstavbě ve velkém měřítku díky použití změkčovadla mohou dosáhnout stovek tisíc rublů. Vzhledem k tomu, že použití přísad umožňuje dosáhnout požadovaného výsledku, není pochyb o vhodnosti použití moderních přísad.