Как происходит схватывание и отвердевание бетона

Понятие и состав продукта

Бетоном называется искусственный строительный материал, получаемый при затвердевании специальной смеси из вяжущего вещества, наполнителя крупной и мелкой фракции и воды.

Процесс регулируется соответствующими ГОСТами и ТУ, где для каждой марки вяжущего средства предусмотрена отдельная рецептура. При необходимости состав обогащается специальными добавками, а в случае асфальтобетона вода заменяется битумом.

В любой готовой смеси (товарном бетоне) присутствуют в разных пропорциях четыре основных компонента:

• цемент;
• песок;
• щебень;
• вода.

Их соотношение зависит от марки цемента, влажности и размеров частиц песка и щебня. Именно вода служит активатором диффузии компонентов и катализатором схватывания в реакции гидратации смеси. В зависимости от назначения раствора в его состав включаются различные добавки:

• керамзит;
• шлак;
• полистирол;
• древесные опилки или щепа;
• пластификаторы;
• гидрофобизаторы.

Это позволяет придать бетону определённые качества. Так, гранулы вспененного полистирола обеспечивают теплоизолирующие свойства, экологичный деревобетон арболит не растрескивается, а сжимается при превышении предельных нагрузок, а плотная плёнка гидрофобизатора защищает от проникновения влаги.

Читайте также: Газоблок и пеноблок: в чём разница? Определяемся с выбором

Обзор вяжущих веществ

Сколько времени сохнет бетон, зависит от химического состава и свойств основных компонентов раствора.

По виду вяжущих веществ все бетоны делятся на следующие группы:

1. Цементные. Наиболее популярны, используются для изготовления любых несущих и ответственных конструкций.
2. Силикатные. При химической реакции в автоклавах кремнезёмистое вяжущее обеспечивает надёжное сцепление зёрен наполнителя. Это снижает стоимость без ущерба прочности.
3. Гипсовые. Изготавливаются из природного гипса с армирующими добавками. Отличаются малой энергоёмкостью и привлекательным внешним видом, хорошо зарекомендовали себя при внутренней отделке.
4. Асфальтовые. В качестве растворителя вместо воды используется битум. Область применения — дорожные и аэродромные покрытия, плоские кровли, гидротехнические сооружения.
5. Шлакощелочные. Производятся из молотых шлаков, затворённых растворами щелочей. Распространены в строительстве ещё недостаточно широко.
6. Полимерцементные. В основе — смесь цемента и водорастворимых смол или латексов. Применяются в качестве отделочного и облицовочного материала, гидроизоляционного и защитного покрытия.

Независимо от того, как долго сохнет бетон, во всех случаях при физико-химических процессах с участием вяжущего и растворителя происходит образование новых веществ (гидросиликатов кальция) и структуры (твёрдого камневидного тела).

Как ускорить твердение бетона

Сроки 7-10 суток, когда бетон набирает примерную распалубочную прочность, строителей не всегда устраивают.

Существуют определенные способы и приемы, ускоряющие твердение:

• Тепловлажностная обработка — это самый простой, известный и проверенный способ. Обрабатывают направленным, поверхностным или электрическим прогревом в тепловлажных камерах и шкафах. Конструкция постоянно должна сохранять необходимый режим;
• Добавки с солями неорганических кислот, нитратами калия, кальция, натрия, алюминия. Электролиты повышают растворимость цементных минералов. В результате реакция ускоряется. Точный ответ по применению конкретных добавок дают лабораторные испытания;
• Бетонные смеси с низким водоцементным соотношением. Чем меньше воды, тем быстрее вода с цементом переходят в насыщенное состояние. Более жесткая смесь с низким ВЦ твердеет быстрее. Суперпластификаторы снижают количество воды, снижая соотношение воды и цемента;
• Микрокремнезем, как побочный продукт химических производств. Имеет состав кварцевого песка. Является одним из лучших решений в производстве высокопрочного и высококачественного бетона. Если снижается концентрация продукта, реакция стремится к восполнению. В первые сутки прочность достигает 50-80%. Чтобы снизить количество воды, используются суперпластификаторы последнего поколения;
• Специальные цементы, такие как быстротвердеющий портландцемент с высокой удельной поверхностью и глиноземистый цемент. Через два-три дня дают 50-100% прочности.

Ускорение высыхания чаще всего имеет прямое отношение к зимнему бетонированию. С нулевой температурой набор прочности практически прекращается. Вода превращается в лед и нарушает сформировавшуюся ранее структуру. Когда температура поднимается, прочность продолжает набирать силу.

Преждевременная распалубка и дальнейшая нагрузка конструкции могут привести к нарушению целостности фундамента. Передерживание бетона увеличивает сроки строительства.

Стадии и сроки твердения

При возведении ответственных конструкций чаще всего используют классическое цементное вяжущее. В процессе его полимеризации выделяются две стадии: схватывание и полное отвердение.

Схватывание бетонного раствора. Готовая смесь быстро теряет пластичность, поэтому её заливка, уплотнение и выравнивание поверхности производятся оперативно. Во избежание преждевременной потери подвижности транспортировка жидкого раствора осуществляется в бетономешалках, бетоновозах или автомиксерах, где даже в пути не прекращается перемешивание. Время схватывания зависит от качества исходного цемента. Для бетона марки М200 оно составляет от 2 до 2,5 часов, а для М300 — от 1,5 до 2 часов.

Задержки и нарушения технологического процесса приводят к возникновению серьёзных проблем на стадии эксплуатации. В тех местах, где недостаточно перемешанные слои бетона застыли неравномерно, появляются мостики холода, по которым тепло уходит из помещения, снижая энергоэффективность строения. Планируя сроки доставки и заливки, возникает потребность точно знать, сколько застывает бетон.

Время схватывания бетона в зависимости от температуры окружающего воздуха приводится в таблице:

Опытным путём выяснили, что в жару бетон начинает схватываться за 15 минут, при нормальных условиях процесс происходит несколько часов, в прохладную погоду на открытом воздухе твердение ощутимо замедляется, а при отрицательных температурах прекращается окончательно. Для полноценного застывания зимой в бетонные смеси вводят специальные морозостойкие присадки или подогревают опалубку.

Читайте также: ГОСТ Р 57809-2017 Испытания бетонной смеси. Часть 2. Определение осадки конуса

Окончательное отвердение конструкции

После того как раствор схватился, он неподвижен, но ещё мягок. В таком виде уже невозможно его перераспределение по форме или опалубке, бетон кристаллизуется окончательно, приобретает заданные параметры жёсткости.

Роль опалубки в процессе сушки

При возведении зданий всё чаще стали использовать методы монолитного железобетонного строительства. Ограждающие конструкции не монтируются из отдельных элементов, а сразу заливаются в опалубку, при этом получаются бесшовные стены практически любой конфигурации.

Материалом для изготовления опалубки служат доски, влагостойкая или ламинированная фанера, металлические или пластиковые листы. Они помогают сохранять тепло в застывающем цементном сооружении, хотя сильно влиять на то, сколько сохнет бетон в опалубке, не могут.

Изменить скорость течения химической реакции призваны специальные катализаторы. Популярны пластификаторы и присадки, которые вводят для улучшения свойств. Обычные железобетонные стены слишком холодные, так как они тонкие и имеют высокую теплопроводность, поэтому применяются пенобетоны и добавки гранул полистирола или керамзита.

Время застывания бетона в зависимости от температуры в опалубке при соответствующем уходе приводится в таблице:

По завершении рекомендуемого периода твердения опалубку снимают, после чего бетонная конструкция продолжает жить самостоятельно. В это время планируют другие работы по возведению объекта.

Как можно повлиять на срок набора прочности цемента

Как правило, искусственное влияние на скорость затвердевания цементного раствора не практикуют, ведь это, фактически, влияние на скорость протекания химических реакций. Понятно, что общепринятые сроки затвердевания цемента предусматривают выполнение ряда правил и условий.

Среди них следующие: предел температур до 20 градусов тепла, влажность в пределах 60%, атмосферное давление и защита от прямого солнечного прогрева.

Поэтому, на первых этапах схватывания бетона поверхность нужно регулярно увлажнять, защищать от прямых солнечных лучей, ему нужен специальный уход.

Как ускорить процесс высыхания раствора?

Таблица ускорителей и замедлителей схватывания бетонных смесей

• Покрыть поверхность строительной полиэтиленовой пленкой или увлажняемой тканью. Под пленкой создается постоянный температурный режим и высокая влажность, поэтому реакции протекают быстрее без потерь воды.
• Также используют слой опилок и соломы. Такая конструкция также постоянно увлажняется, особенно важно это делать в первую неделю после заливки конструкции.
• В бетон добавляются специальные минеральные добавки. Это катализаторы химических процессов, которые используются как искусственный баланс между состоянием воды внутри раствора и внешней средой.
• Использование правильной марки цемента.
• Контролировать количество воды в растворе. Практикуют это частные застройщики, которым нужно возвести здание в кратчайшие сроки. Снижение количества воды ведет за собой увеличение скорости застывания бетона, но марочная прочность при этом снижается.

Реакция взаимодействия воды и цемента протекает с выделением тепла
Возникают ситуации, когда условия реального строительства не соответствуют общепринятым номенклатурным. Например, далеко не везде можно получить момент стабильных погодных условий или фиксированную температуру воздуха. При возникновении таких ситуаций можно использовать ряд мер, направленных на ускорение процесса затвердевания бетона:

1. Если бетонирование проводится при низких температурных условиях, тогда можно использовать различные методы подогрева заливаемого в опалубку раствора. Тут активно используются методы создания искусственного термоса, электропрогрев, прогрев паром и другие методы.
2. Использование выделяемого в процессе гидратации тепла на нагрев поверхности. Для таких целей отлично подходит плотная полиэтиленовая пленка.
3. Использование бессолевых и солевых веществ, которые ускоряют процесс схватывания цемента. Также есть минеральные добавки, которые имеют абсолютно противоположный эффект и используются часто в жарком климате. Но сколько и каких веществ нужно, рассчитать не так просто, ведь тогда раствор может иметь совсем иные показатели набора прочности.
4. Поверхностно-активные вещества (ПАР) замедляют процесс гидратации, но подбирать и использовать их нужно под наблюдением специалистов в этой области.

Ошибки при строительстве

Главный миф из области набора прочности гласит, что до начала возведения дома фундаменту надо выстояться и, как говорится, перезимовать. Это вредное утверждение не подтверждается нормативными документами и профессиональными строителями, а вместо ожидаемой пользы может причинить ущерб.

К негативным последствиям того, что фундаменту дают выстояться, относят:

Читайте также: Срок службы пеноблока и газоблока

1. Бесполезность мероприятия при соблюдении технологии уплотнения основания.
2. Опасность возникновения трещин при возведении на глинах, суглинках, супесях и пылеватом песке в результате остановки работ в зимний период из-за сил морозного пучения. Ненагруженный фундамент без труда выталкивается замёрзшим грунтом.
3. Увеличение временных затрат на возведение дома.

У профессионалов есть термин «консервация фундамента». Под ним подразумевают вынужденную меру, которая позволяет приостановить стройку при отсутствии средств. Но у строителей нет понятия, что опоры под домом должны выстаиваться. При кустарном производстве бетона ошибочно практикуются чрезмерные добавки воды, которые увеличивают подвижность раствора, но снижают прочность готовых конструкций.

В промышленности время застывания каждой бетонной смеси определяется испытаниями в лабораторных условиях. Затем составляются рекомендации для практического применения в строительстве, что позволяет планировать проведение последующих технологических операций.

Когда можно продолжать работы

Сколько должен отстояться фундамент для дома после заливки? Ответ на этот вопрос есть практически у каждого «специалиста» и, что примечательно, у каждого свой. Ни у кого не вызывает сомнения, что любой фундамент после изготовления должен выстаиваться, а вот о длительности этого процесса мнений множество. Традиционно считается, что фундаменту требуется год — полтора для набора необходимых свойств.

Также бытует мнение, что каменную кладку можно начинать, завершив полив. Иногда рекомендуют заливать фундамент осенью, мотивируя это тем, что перенесшему экстремальные (мороз, обильные осадки, сезонные колебания почвы) фундаменту уже ничто не грозит. Вероятно, все эти мнения имеют право на существование, ведь они, как правило, подтверждены опытом.

В этом видео интересно рассказано о времени, в течение которого должен выстаиваться фундамент:
https://youtu.be/rWoAy57aEzk
В любом случае вопрос — сколько должен отстаиваться фундамент, заслуживает самого пристального изучения, поскольку любое несоблюдение сроков приведет к пагубным последствиям при эксплуатации.