Palitra21.ru

Домашний уют — журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Твердение цемента

Твердение цемента

Цемент – популярный строительный материал, получаемый искусственным путем. Он представляет собой мелкодисперсный порошок, который при взаимодействии с водой превращается в пластичную массу, способную затвердевать даже в условиях высокой влажности. Физико-химический процесс взаимодействия цемента с водой называется гидратацией. В результате его протекания растворы и смеси, изготовленные на базе цементного вяжущего, после твердения приобретают высокую прочность, водонепроницаемость, устойчивость к температурным перепадам.

Химические факторы

В процессе эксплуатации железобетонных конструкций в воздушной среде, на них значительное влияние оказывают все кислые газы. Поскольку основным содержащимся в воздухе веществом этого класса является углекислота (концентрация CO2 на несколько порядков выше концентрации прочих кислых газов), то ее принято считать основным фактором воздействия. Диоксид углерода, взаимодействуя в присутствии влаги с компонентами бетона (продуктами гидратации извести, в частности, Ca(OH)2), вызывает образование карбоната кальция (СaCO3) и H2O по следующей реакции:

Существуют и другие механизмы взаимодействия углекислоты с разными продуктами реакции. Но, в целом, этот процесс можно охарактеризовать, как интенсивный, из-за высокой способности бетона к поглощению влаги и углекислоты из атмосферы и диффузии и капиллярного их переноса в объем материала. Следует учесть, что на первом этапе процесс карбонизации можно рассматривать, как положительный, поскольку образующийся карбонат кальция имеет меньшую растворимость, чем гидроксид кальция, что приводит к повышению прочности бетона. Так как СaCO3 стремится закупорить имеющиеся поры, то процесс проникновения газов вглубь конструкции замедляется.

С другой стороны, глубоко проникшая карбонизация приводит к нежелательным последствиям. При определенных условиях из-за интенсивного выщелачивания развиваются процессы коррозии арматуры, увеличивается ее объем, появляются избыточные напряжения, и, как следствие, трещины и сколы бетона. После этого процесс еще больше интенсифицируется и требует немедленных мер по ремонту конструкции. Диагностика разрушений бетона, вызванных воздействием карбонатов, осуществляется посредством цветового теста с использованием фенолфталеина. Некарбонизированный бетон в результате нанесения на поверхность 1% раствора фенолфталеина краснеет, а цвет карбонизированного не меняется.

Выщелачивание бетона происходит по аналогичному механизму, но требует присутствия влаги с растворенными в ней углекислотой и другими агрессивными компонентами. В результате цементный камень разрушается, и конструкция теряет прочностные свойства. Диагностика выщелачивания бетона производится визуальным методом, при котором контролируется разрушение цементного камня. При воздействии сульфатов происходит образование внутри структуры бетона продуктов реакции (гипса, таумаситов и эттригидов), которые, увеличиваясь в объеме, вызывают возникновение напряжений и разрушение матрицы. Диагностику таких явлений проводят в лабораторных условиях путем изучения дифрактограммы.

Рисунок 2. Процесс определения карбонизации бетона

Разрушение хлоридами происходит в условиях воздействия морской воды, антиобледенителей и солей. Хлор, проникая до уровня арматуры, растворяет пассивирующую пленку оксидов железа, запуская процесс коррозии. На скорость проникновения хлоридов влияет их концентрация, влажность и проницаемость бетона. После начала процесса коррозии, как и в предыдущих случаях, из-за появления новых путей проникновения агрессивных веществ происходит нарастающее разрушение бетона. Критическая концентрация хлоридов прямо пропорциональна показателю рН бетона, что позволяет связать механизм разрушения с воздействием карбонатов и обеспечить комплексную защиту конструкций.

Для диагностики разрушения хлоридами используются несколько методов. Путем химического анализа устанавливается их весовая концентрация в цементе. Также диагностика производится при помощи цветового теста или анализа дифрактограммы в рентгеновском спектре. Наиболее доступным методом является цветовой тест, состоящий в обработке бетона раствором нитрата серебра и флуоресцеина и последующем контроле изменения цвета. При разрушении сульфатами бетон приобретает светло-розовую окраску, а при отсутствии этого процесса — темную.

Еще одним химическим механизмом разрушения бетона является взаимодействие щелочей цемента и заполнителей. В состав некоторых заполнителей входит реакционноспособный кремнезем, реагирующий со щелочами и солями натрия и калия с образованием геля, который в присутствии влаги или воды расширяется, разламывая окружающий бетон. В результате образуются силикаты гидратированного калия и натрия с большим объемом, что приводит к появлению трещин на поверхности бетона, подрыву его участков и вспучиванию. На скорость реакции влияет уровень влажности, а так процесс замерзания и оттаивания бетона. Признаки реакции щелочей цемента и заполнителей бетона определяются при помощи цветового теста или визуально. В последнем случае диагностируется набухание и упорядоченное паутинообразное растрескивание. Цветовой тест проводится при помощи кобальтинитрита натрия, позволяя выявить гель по окрашиванию в желтый цвет.

Читать еще:  Сухая смесь гидроизоляционная Русеан НЦ мешок 25 кг

Способы регулирования скорости отвердевания бетона

В зависимости от задач, может потребоваться увеличить или снизить скорость твердения бетона. Можно повлиять на процессы температурно или химически.

Ускорение твердения

Для увеличения скорости твердения, применяют:

снижение водоцементного соотношения (повышение жесткости смеси, что снижает удобоукладываемость);

добавление в бетон специальных добавок-ускорителей.

Замедление твердения

Когда может понадобиться замедление отвердевания:

при изготовлении высокомарочных смесей, которые застывают очень быстро из-за повышенного содержания вяжущего компонента;

при необходимости транспортировки готовой смеси на дальние расстояния;

при заливке бетона в несколько этапов.

В этих случаях применяют специальные добавки, которые замедляют реакцию гидратации и гидролиза минералов клинкера, откладывая процесс схватывания на несколько часов.

Ускорители схватывания цемента

В зависимости от конкретных условий строительства и ремонта застройщику необходимо ускорить начало и период времени схватывания. Например, близится холодное время года и стоит задача максимально ускорить все виды строительных работ, Ускорить схватывание цемента можно с помощью внесения в бетонную смесь специальных присадок.

Популярные присадки для ускорения схватывания цемента:

  • Ускоритель твердения для бетона «УП2М», Россия, средняя цена 43 руб/кг.
  • Ускоритель твердения для бетона «Форт Ускорин», Россия, средняя цена 24 руб/кг.
  • Супер пластификатор ускоритель твердения «Реламикс Т-2», Россия, средняя цена 98 руб/кг.

Указанные и другие присадки для ускорения схватываемости цемента вносятся в момент затворения и начала перемешивания бетонного раствора. В общем случае при стандартных условиях (температура окружающей среды 20 градусов Цельсия, относительная влажность воздуха 75-80%) с помощью указанных видов присадок можно укорить период схватывания и набора марочной прочности в три раза без потери прочности и долговечности конструкции.

Твердение бетона

По мере осуществления схватывания бетона происходит реакция между водой и цементной смесью. Этот процесс называется гидратацией раствора и эксперты отмечают, что он прерывается или считается завершенным в тот момент, когда из состава исчезает влага. Только что подготовленный бетон считается молодым. Ему нельзя давать замерзать и полностью высыхать, так как в таких условиях раствор потеряет свою прочность, и его технические показатели значительно ухудшатся.

После того, как схватывание бетона завершено, наступает время твердения смеси. Находящийся в жидком состоянии состав перегружают в опалубку, чтобы раствор схватился, приняв необходимую форму, и произошло твердение бетона. Для завершения процесса необходимо некоторое время и дилетанты считают, что в соответствии с нормативами достаточно всего 28 суток для получения результата. В реальности ситуация обстоит иначе и время твердения бетона насчитывает большее количество суток. За это время продукция обретает те свойства, которые позволяют использовать ее с максимальной эффективностью. Четыре недели, регламентированные таким стандартом как ГОСТ твердение бетона, обеспечивают материалу минимальный показатели, располагающие к предоставлению гарантии от производителя. Впоследствии все протекающие процессы замедляются, и, говоря о времени твердения бетона, можно иметь ввиду и, период отстаивания опалубки, в ходе которого повышается прочность продукта. Необходимо учитывать и рекомендованную температуру твердения бетона.

Общие сведения

Бетонная масса в нормальных условиях очень быстро затвердевает, а с течением времени становится еще более прочной, так как вода глубже проникает в частицы цемента. Даже спустя несколько месяцев процесс гидратации последнего продолжается.

Совет: если вам необходимо обработать бетонные конструкции после затвердевания, вам поможет услуга — резка железобетона алмазными кругами с помощью профессионального оборудования.

В связи с этим, во влажных условиях материал схватывается более прочно, нежели на воздухе. В сухих условиях он получается непрочным, так как отвердение бетона происходит намного быстрее из-за малого количества влаги, необходимой для проникновения в зерна цемента.

Читать еще:  Как установить фартук из мдф самостоятельно? советы и рекомендации

Ячеистый бетон автоклавного твердения в виде строительных блоков

При оптимальных условиях бетон схватывается довольно быстро, например, после приготовления, смесь в течение 7-14 суток набирает около 70% возможной прочности. После этого срока увеличение прочности уменьшается. Если же температура ниже нормы, процесс твердения бетона замедляется, а при низких температурах (ниже 0 0 С) – почти прекращается. При повышенной температуре и хорошей влажности затвердение ускоряется.

Таблица твердения бетона в зависимости от температуры

В процессе затвердевания объем бетонной массы уменьшается. При этом на поверхности схватывание происходит быстрее, он дает усадку и при недостаточной влажности могут появляться трещины. Также их образование является следствием неравномерного и недостаточного разогрева материала, еще одной причины его недостаточной прочности и недолговечности.

Добавки для ускорения твердения

При выполнении строительных работ скорость твердения бетона играет немаловажную роль. Зачастую в зимний период и при изготовлении изделий из железобетона необходимо ускорить процесс затвердевания смеси.

Для этой цели применяются различные добавки со строгим соблюдением пропорций, их цена зависит от метода использования.

Среди наиболее часто используемых можно выделить следующие:

  • 4%нитрата кальция или натрия, нитрит-нитрата кальция,нитрит-нитрат-хлорида кальция, нитрит-нитрат-сульфата натрия;
  • 2% сульфата натрия;
  • 2% хлорида кальция (для армированных конструкций);
  • 3% хлорида кальция (для неармированных конструкций).

Совет: если конструкция предварительно-напряженная, такие добавки, как хлорид кальция и нитрит-нитрат хлорид кальция не используются.

На фото — добавка для ускорения твердения

Схватывание

Если бетонные работы выполняются при низких температурах, подготовка смеси выполняется с использованием подогретых материалов.

Для нагревания применяется:

  • пар;
  • электротоки;
  • известь-кипелка;
  • экзотермические цементы;
  • в смесь добавляют ускорители затвердевания.

Рассмотренные способы могут применяться как отдельно, так и одновременно.

Инструкция по приготовлению подогретого бетона выполняется таким образом:

  1. Бетонную массу нагревают до температуры 80-90 0 С, а добавки – до 40-50 0 С.
  2. После перемешивания смесь накрывают утеплителем, чтобы тепло сохранялось 2-5 дней.

Бетонные конструкции нагревают с помощью пара или электротока. Для сохранения тепла место выполнения работ укрывают пленкой.Работы по нагреву бетона электротоком выглядят так — пропуская ток 220 В добиваются постепенного поднятия температуры смеси до 70 0 С. Этим же методом можно подогревать и горизонтальные поверхности конструкций.

Из сказанного напрашивается однозначный вывод, что прочность бетона напрямую зависит от температурного режима, при котором идет его затвердевание.

  • низкой температуре процесс прекращается;
  • повышенной – ускоряется (при условии достаточной влажности).

Совет: при выполнении работ в зимний период применяйте добавки для ускорения процесса твердения.

Работы после укладки

Сразу после завершения укладки за материалом необходимо вести постоянный контроль, это поможет избежать его разрушения и появления неотвратимых последствий.

Для достижения качественного схватывания и хорошей прочности конструкций свежеуложенному бетону требуется правильный уход:

  • поддержание достаточной влажности;
  • защита от прямых солнечных лучей,ударов, каких-либо повреждений и сотрясений;
  • недопущение резкой смены температуры.

Для этого укладку засыпают небольшим слоем песка или опилок, а также прикрывают своими руками брезентом, мешковиной или другими удерживающими влагу покрытиями. Кроме того, бетонную поверхность периодически поливают водой, разбрызгивая струю, чтобы она была влажной.

Совет: в летнее время, когда воздух сухой и горячий, поливать нужно и опалубку.

Запомните, если возникает вероятность соприкосновения уложенной бетонной массы с грунтовыми водами, необходимо сделать изоляцию или отвод воды на 3-14 суток (время зависит от качества и состава цемента).

Совет: сделать технологическое отверстие в затвердевшей бетонной массе поможет алмазное бурение отверстий в бетоне профессиональными коронками.

Прогрев бетона для его правильного твердения

Гидратация – что это такое

Гидратация цемента – это физико-химический процесс связывания воды и ингредиентов цементного порошка. Тут стоит внимательнее изучить состав цемента и понять, каким образом взаимодействуют с водой различные компоненты, как они влияют на сроки схватывания цемента и другие характеристики.

Читать еще:  ГОСТ 25192-2012. Бетоны. Классификация и общие технические требования

Компоненты, входящие в состав цемента:

  • С2S – двухкальцивеый силикат
  • С3S – трехкальциевый силикат
  • С3А – трехкальциевый алюминат
  • С4АF – четырехкальциевый алюмоферит

Влияние компонентов на гидратацию:

  1. Двухкальциевый силикат начинает работать через месяц после затвердения монолита. Все время он пребывает в покое, ожидая очереди. Специальные пластификаторы, добавляемые в смесь, позволяют существенно сократить этот период покоя без риска потери прочности бетоном. Данный компонент работает в долговременной перспективе, положительно влияет на укрепление бетонного монолита.
  2. Трехкальциевый силикат работает все время существования цемента. Он является основой смеси, запускает процесс гидратации. При его прохождении выделяется тепло, значительно повышая температуру раствора.
  3. Трехкальциевый алюминат в ответе за процесс схватывания, так как является самым активным минеральным компонентом и обеспечивает нарастание прочности бетона на протяжении первых дней. Дальше он перестает работать.
  4. Четырехкальциевый алюмоферит минимально воздействует на процесс набора прочности бетона и его твердение, но все равно очень важен в составе. Он работает в финале, когда затвердевание цемента уже запущено, улучшая характеристики и завершая процесс.

Все минеральные составляющие цемента важны для его качества и правильного прохождения процесса гидратации. При смешивании портландцемента с водой в составе сразу создаются новые внутрикристаллические связи, демонстрирующие постепенно нарастающую прочность и доводящие бетон до состояния искусственного камня.

Ввиду того, что сроки схватывания цемента невелики и составляют в норме от 45 до 90 минут, готовить смесь нужно непосредственно перед использованием, чтобы успеть залить и выполнить все работы до начала достижения реакцией того этапа, когда работать со смесью уже невозможно (трудно заливать) или бесполезно (понижается уровень прочности).

Для полного прохождения реакции гидратации соотношение объемов цемента и воды обычно берут равное 3:2. Химически связывается до 25% молекул воды, остальные же остаются в гелевых порах бетона, пребывая в физически связанном виде. Уменьшение объема воды приведет к неполной гидратации, повышение – к появлению капиллярных пор в процессе связывания, что понижает прочность. Точные объемы составляющих всегда указываются в инструкции к цементу или рецептуре приготовления конкретной марки бетона.

Зерновой состав заполнителя

Заполнители бывают двух видов: крупный и мелкий. К крупному заполнителю относятся щебень и гравий, это заполнители с крупностью зерен более 5 мм. К мелкому заполнителю относятся пески, естественные или искусственные.

Так как разные заполнители в разных объемах по-разному влияют на все свойства бетона, то к этим заполнителям предъявляются некоторые требования, которые учитывают данное влияние.

Любой заполнитель является зернистым материалом, который представляет собой совокупность всех зерен. И для каждого из заполнителей имеется ряд общих закономерностей.

Самое большое влияние на свойства бетона влияет зерновой состав, а так же чистота и прочность заполнителя.

Зерновой состав – это показатель, который определяет содержание в заполнителе зерен разного размера. Для того чтобы определить зерновой состав конкретного заполнителя, нужно взять небольшой объем заполнителя для пробы и просеять его через стандартные сита, величина отверстия которых варьируется от 14 до 70 мм.

Подведение итогов

В промышленном производстве использование замедлителей – необходимость. Важно разбираться в свойствах необходимой для раствора добавки, чтобы результат оказался именно таким, каким нужно. Замедлитель нужно подбирать, исходя из:

  • целей использования;
  • климатических условий;
  • вида бетона.

Источники информации:

  1. ГОСТ 24211-2008 (введено 01.01.2011).
  2. Замедлитель схватывания бетона Бисил Ретардер СХ – ООО «Гелиос» (дата обращения: 02.11.2019).
  3. Замедлители схватывания и твердения – Sika AG, Швейцария (дата обращения: 02.11.2019).
  4. Замедлители схватывания бетона – ООО «Полипласт-Юг» (дата обращения: 02.11.2019).
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector