Технология набора прочности бетона в процессе выполнения строительных работ

Что влияет на прочность?

Затвердевшая в условиях строительной площадки бетонная смесь может давать отличные от лабораторных результаты. Помимо качества цемента и заполнителей на характеристику влияют:

• условия транспортировки;
• способ укладки в опалубку;
• размеры и форма конструкции;
• вид напряженного состояния;
• влажность, температура воздуха на всем протяжении твердения смеси;
• уход за монолитом после заливки.

Качество смеси и ее прочностные характеристики ухудшаются, если при производстве работ совершались грубые нарушения технологии:

• доставка производилась не в миксере;
• время в пути превысило допустимое;
• при заливке смесь не уплотнялась вибраторами или трамбовками;
• при монтаже была слишком низкая или высокая температура, ветер;
• после укладки в опалубку не поддерживались оптимальные условия твердения.

Неправильная транспортировка приводит к схватыванию, расслоению и потере подвижности смеси. Без уплотнения в толще конструкции остаются пузырьки воздуха, которые ухудшают качество монолита.

При температуре 15°-25°С и высокой влажности в первые 7-15 суток бетон достигает прочности 70%. Если условия не выдерживаются, то сроки затягиваются. Опасно как охлаждение смеси, так и ее пересушивание. Зимой опалубку утепляют или прогревают, летом поверхность монолита увлажняют, накрывают пленкой.

На заводах ЖБИ осуществляют пропаривание или автоклавную обработку конструкций, чтобы уменьшить время набора прочности. Процесс занимает от 8 до 12 часов.

Чтобы определить, насколько характеристики конструкции соответствуют проектным, а также при обследованиях и мониторинге технического состояния зданий проводят проверку прочности бетона. Она включает лабораторные испытания образцов, неразрушающие прямые и косвенные методы исследования объектов.

Факторы, влияющие на погрешность измерений при контроле и оценке прочности бетона:

• неравномерность состава;
• дефекты поверхности;
• влажность материала;
• армирование;
• коррозия, промасливание, карбонизация внешнего слоя;
• неисправности прибора — износ пружины, слабую зарядка аккумуляторной батареи.

Самый информативный способ проверки бетонных конструкций — изъятие образцов из тела монолита с последующим их испытанием. Такой метод сводит к минимуму ошибки, но достаточно дорог и трудоемок. Поэтому чаще пользуются более доступными исследованиями с помощью приборов, измеряющих зависимые от прочности характеристики — твердость, усилие на отрыв или скол, длину волны. Зная их, можно с помощью переходных формул вычислить искомую величину.

Основные требования к бетону при зимних работах и способы производства работ

Бетон, укладываемый зимой, должен зимой же затвердеть и приобрести прочность, достаточную для распалубки, частичной загрузки или даже для полной загрузки сооружения.

При любых бетонных работах бетон следует предохранить от замерзания до приобретения им 50% проектной прочности

Даже при применении быстротвердеющих цементов (глиноземистого, высокопрочного портландцемента) срок твердения бетона в теплой среде должен быть не меньше 2 — 3 суток, а при обычных цементах — 5 — 7 суток.

Опыты показывают, что замерзание бетона в раннем возрасте влечет за собой значительное понижение его прочности после оттаивания. Это объясняется тем, что свежий бетон насыщен водой, которая при замерзании расширяется и разрывает связь между поверхностью заполнителей; и малозатвердевшим цементным камнем. Прочность бетона, тем ближе к нормальной, чем позже бетон был заморожен. Кроме того, из-за раннего замораживания значительно уменьшается сцепление бетона со стальной арматурой в железобетоне.

Для затвердевания бетона зимой необходимо обеспечить его твердение в теплой и влажной среде в течение срока, устанавливаемого в зависимости от заданной прочности. Этой цели достигают двумя способами:

1. использованием внутреннего тепла бетона;
2. дополнительной подачей бетону тепла извне, если внутреннего тепла недостаточно.

При первом способе необходимо применять высокопрочные и быстротвердеющие цементы, прежде всего портландцемент высоких марок и глиноземистый цемент. Кроме того, рекомендуется использовать ускоритель твердения цемента — хлористый кальций, уменьшать количество воды в бетонной смеси и уплотнять ее высокочастотными вибраторами. Все это дает возможность ускорить сроки твердения бетона при бетонировании сооружений и добиться того, чтобы бетон приобрел достаточную прочность в течение 3—5 дней вместо обычных 28.

Внутренний запас тепла в бетоне создают, подогревая материалы, составляющие бетонную смесь; кроме того, тепло выделяется при химической реакции, происходящей между цементом и водой (экзотермия цемента).
В зависимости от массивности конструкций и температуры наружного воздуха подогревают либо только воду для бетона, либо воду и заполнители (песок, гравий и щебень). Воду можно подогревать до 90°, заполнители — до 40°, цемент не подогревают. Требуется, чтобы бетонная смесь при выходе из бетономешалки имела температуру не выше 30°, так как при более высокой температуре она быстро густеет.

Загустевание, т. е. потеря подвижности бетонной смеси, затрудняет укладку, добавлять же воду нельзя, так как это понижает прочность бетона. Минимальная температура бетонной смеси при укладке в массивы должна быть не ниже +5°, а при укладке в тонкие конструкции — не ниже + 20°.

В процессе твердения бетона цемент выделяет значительное количество тепла, зависящее от состава и тонкости помола цемента, температуры бетона и срока твердения. Это тепло выделяется главным образом в первые 3—5 дней твердения. Чтобы сохранить тепло в бетоне на определенный срок, необходимо покрыть опалубку и все открытые части бетона хорошей изоляцией (соломит, шевелин, опилки, шлак и т. п.), толщина которой определяется теплотехническим расчетом.

Описанный выше способ зимнего бетонирования часто называют способом «термоса», так как подогретая бетонная смесь твердеет в условиях теплоизоляции. Применение Данного способа допустимо и рационально, если тепло сохраняется в бетоне по крайней мере 5—7 суток, необходимых для его первоначального твердения. Это возможно только при массивных или тщательно изолированных средних по толщине конструкциях.

У этих конструкций отношение охлаждающейся поверхности бетона к его объему (так называемый модуль поверхности F /V) должно быть не более 6.
Все конструкции более тонкие или со слабой теплоизоляцией, а также возводимые при очень сильных морозах, должны бетонироваться с подачей тепла извне. Существуют три разновидности этого способа, описанные ниже.

Как определить прочность бетона?

В производстве материалов и строительстве применяются методы для испытания бетона на прочность:

• разрушающие;
• неразрушающие прямые;
• неразрушающие косвенные.

Они позволяют с той или иной точностью проводить контроль и оценку фактической прочности бетона в лабораториях, на площадках или в уже построенных сооружениях.

Разрушающие методы

Из готовой смонтированной конструкции выпиливают или выбуривают образцы, которые затем разрушают на прессе. После каждого испытания фиксируют значения максимальных сжимающих усилий, выполняют статистическую обработку.

Этот метод, хотя и дает объективные сведения, часто не приемлем из-за дороговизны, трудоемкости и причинения локальных дефектов.

На производстве исследования проводят на сериях образцов, заготовленных с соблюдением требований ГОСТ 10180-2012 из рабочей бетонной смеси. Кубики или цилиндры выдерживают в условиях, максимально приближенным к заводским, затем испытывают на прессе.

Неразрушающие прямые

Неразрушающие методы контроля прочности бетона предполагают испытания материала без повреждений конструкции. Механическое взаимодействие прибора с поверхностью производится:

• при отрыве;
• отрыве со скалыванием;
• скалывании ребра.

При испытаниях методом отрыва на поверхность монолита приклеивают эпоксидным составом стальной диск. Затем специальным устройством (ПОС-50МГ4, ГПНВ-5, ПИВ и другими) отрывают его вместе с фрагментом конструкции. Полученная величина усилия переводится с помощью формул в искомый показатель.

При отрыве со скалыванием прибор крепится не к диску, а в полость бетона. В пробуренные шпуры вкладывают лепестковые анкеры, затем извлекают часть материала, фиксируют разрушающее усилие. Для определения марочной характеристики применяют переводные коэффициенты.

Неразрушающие косвенные методы

Уточнение марки материала неразрушающими косвенными методами проводится без внедрения приборов в тело конструкции, установки анкеров или других трудоемких операций. Применяют:

• исследование ультразвуком;
• метод ударного импульса;
• метод упругого отскока;
• пластической деформации.

При ультразвуковом методе определения прочности бетона сравнивают скорость распространения продольных волн в готовой конструкции и эталонном образце. Прибор УГВ-1 устанавливают на ровную поверхность без повреждений. Прозванивают участки согласно программе испытаний.

Данные обрабатывают, исключая выпадающие значения. Современные приборы оснащены электронными базами, проводящими первичные расчеты. Погрешность при акустических исследованиях при соблюдении требований ГОСТ 17624-2012 не превышает 5%.

При определении прочности методом ударного импульса используют энергию удара металлического бойка сферической формы о поверхность бетона. Пьезоэлектрическое или магнитострикционное устройство преобразует ее в электрический импульс, амплитуда и время которого функционально связаны с прочностью бетона.

Прибор компактен, прост в применении, выдает результаты в удобном виде — единицах измерения нужной характеристики.

При определении марки бетона методом обратного отскока прибор — склерометр — фиксирует величину обратного движения бойка после удара о поверхность конструкции или прижатой к ней металлической пластины. Таким образом устанавливается твердость материала, связанная с прочностью функциональной зависимостью.

Метод пластических деформаций предполагает измерение на бетоне размеров следа после удара металлическим шариком и сравнение его с эталонным отпечатком. Способ разработан давно. Наиболее часто на практике используется молоток Кашкарова, в корпус которого вставляют сменный стальной стержень с известными характеристиками.

По поверхности конструкции наносят серию ударов. Прочность материала определяется из соотношения полученных диаметров отпечатков на стержне и бетоне.

Теория полимеризации цементного раствора

На самом деле этот процесс является многоступенчатым. В него входят как набор прочности, так и собственно высыхание.

Давайте рассмотрим эти стадии более подробно:

• Затвердевание бетона и других растворов на основе цемента начинается с так называемого схватывания. При этом находящееся в опалубке вещество вступает в первичную реакцию с водой, благодаря чему начинает приобретать определенную структуру и механическую прочность.
• Время схватывания зависит от множества факторов. Если взять за эталон температуру воздуха в 20С, то для раствора М200 процесс стартует примерно через два часа после заливки и длится около часа-полутора.
• После схватывания происходит отвердевание бетона. Здесь основная масса цементных гранул вступает в реакцию с водой (по этой причине процесс иногда называют гидратацией цемента). Оптимальными условиями для гидратации является влажность воздуха около 75% и температура от 15 до 20С.
• При температуре ниже 10С есть риск, что материал так и не наберет проектную прочность, вот почему для работы в зимний период нужно применять специальные антиморозные добавки.

График набора прочности

Прочность готовой конструкции и скорость отвердевания раствора взаимосвязаны. Если состав будет терять воду слишком быстро, то не весь цемент успеет прореагировать, и внутри конструкции сформируются очаги низкой плотности, которые могут стать источником трещин и других дефектов.

Фото распила с явно видными дефектами

В идеале до полного отвердения раствору требуется 28 суток. Впрочем, если к конструкции не выдвигаются слишком строгие требования по несущей способности, то можно начинать ее эксплуатировать уже через три-четыре дня после заливки.

Набор прочности бетона в зависимости от температуры окружающей среды

Схватывание и последующий набор прочности бетона в большей мере зависит от температуры окружающей среды, во время заливки бетонной конструкции. Стандартная температура воздуха, которую можно назвать «идеальной» для бетонных работ – это температура воздуха 20 градусов Цельсия.

Отклонения в меньшую или большую сторону, либо ускоряют, либо замедляют время набора прочности. При температуре окружающего воздуха от нуля градусов Цельсия и ниже, без дополнительного прогрева залитой конструкции, набор прочности бетона практически прекращается, и значительно возрастает риск ее разрушения.

Этапы набора прочности бетонных ЖБИ общего применения:

• Схватывание бетона. Этот процесс, при плюсовой температуре происходит в первые 24 часа после заливки. При этом при температуре окружающего воздуха от 20 градусов Цельсия процесс начала схватывания занимает не более 60 минут, а процесс окончания схватывание занимает не более 2-3 часов после заливки. Если температура воздуха понижается, процесс схватывания значительно увеличивается и может достигать до 15-20 часов после заливки бетона. Если температура воздуха составляет от 20 градусов Цельсия и выше, схватывание бетона может составлять период от 10 до 30 минут;
• Набор прочности бетона в зависимости от температуры. Данная величина не сильно зависит от температуры и составляет период времени, достигающий нескольких лет. В этот период времени происходят сложные химические реакции, которые усиливают прочность бетона «во времени».

Другими словами, если при процессе схватывания, были соблюдены все необходимые условия заливки, прочность бетона не вызывает каких-либо вопросов. В общем случае условия следующие:

• Заливка бетона преимущественно в теплое время года при температуре окружающего воздуха не ниже 20 градусов Цельсия;
• Если заливка производится в условиях температуры окружающего воздуха ниже 5 или 0 градусов Цельсия, необходимо обеспечение прогрева свежезалитой конструкции любым доступным способом. В противном случае бетонная конструкция не может набрать марочной прочности и скорей всего разрушится;
• При заливке бетона в неблагоприятных условиях необходимо использоваться бетон с соответствующими добавками.

В любом случае соблюдается объективное правило. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем медленнее происходит схватывание и набор марочной прочности бетона.

Последствия от преждевременного снятия опалубки

Чтобы понимать всю полноту процесса нужно знать его масштабы, а также рассчитать сколько нужно бетона. Для укладки ленточного типа фундамента нужно применять бетонный раствор кашеобразного состояния. После проникновения в опалубку, начинается процедура гидратации и отвердевания. Это называется периодом выстаивания.

Если конструкция основания опалубки будет разобрана до того момента, как схватится цемент, высока вероятность распада конструкции, появления трещин, осыпания. Обессиленная конструкция не сможет выдержать не только сторонний вес, но и свой собственный. Особо опасно это, если имеется подземная часть капитального строения, подвалы, иные помещения.

Сколько должен стоять фундамент после заливки, ответа нет, так как в каждой ситуации цифры разные. Средний показатель равен 29 – 30 дней. Часто встречается и исключения в виде 17 – 23 дней, при сложных обстоятельствах или погодных условиях, срок продлевается. Большинство специалистов отстаивают точку зрения, что он должен сохнуть один календарный месяц.

Факторы, влияющие на скорость высыхания:

• Минимальная и максимальная температура окружающей среды;
• показатель влажности;
• частота и количество выпадения атмосферных осадков;
• сезонность времени года;
• качество грунта;
• общий рельеф горизонта;
• габариты;
• тип основы;
• прочность бетона согласно проектным данным;
• качественный состав материалов для строения;
• высота залегания грунтовых вод;
• вид технологии сооружения;
• величина, нагрузки, которые соответствуют расчёту.

Иногда случается так, что фундамент отстаивается по несколько месяцев. Например, залили его осенью, оставляют на зиму, и только весной начинают возведение несущих стен. Это делается для того, чтобы своевременно выявить дефекты и трещины в конструкции после оттаивания грунтовой основы. При этом весь монолитный каркас должен быть плотно укрыт и проникновения влаги. Сколько количества изоляции понадобится, в каждом случае решается индивидуально.

При вычислении сроков, чаще всего, берут наихудшие условия для данного региона. Так званый запас после сыграет нам на руки.

Как правильно дать конструкции затвердеть

Как уже было сказано, бетонная поверхность из вязкой становится более-менее твёрдой примерно за одну неделю – и именно за этот срок она приобретает большую половину своей прочностных показателей, однако это далеко не предел и останавливаться на этом не следует. То есть, нельзя после всего лишь семидневного ожидания попробовать бетон пальцем и, убедившись в его твёрдости, с радостью приниматься за возведение полов, стен и потолков.

Важно отменить, что бетон нельзя просто оставить в покое – иначе он сильно пересохнет и может пойти трещинами: на протяжении всего срока высыхания, как бы это ни было парадоксально, его нужно немного увлажнять. Не поливать водой из лейки, словно клумбу – а именно немного увлажнять – и проводится это всё на протяжении всего срока, сколько времени сохнет фундамент под баню или же под загородный дом

Совершается столь странное на первый взгляд мероприятие хотя бы для того, чтобы бетон не пересыхал и не пошел трещинами, а химические реакции в момент схватывания фундамента протекали правильно и равномерно. В конце концов, гидросиликаты калия образуются именно из минеральных соединений цементного раствора и воды, точнее, от их взаимодействия и слияния в одно единое вещество.

Важно отменить, что непосредственный процесс повышения прочностных характеристик может длиться и несколько лет – но это уже не влияет на строительство (если речь идёт не о массивных дамбах и мостах), а только лишь даёт дополнительную гарантию качества. Если фундамент выдерживает нагрузку сейчас и правильно распределяет её, то дальше всё будет только лишь лучше – уже внушает определённую надежду в завтрашнем дне

Есть более-менее средний срок, после завершения которого, обычно начинается строительство: это связано с всё теми же достаточно сжатыми сроками на возведение здания, чтобы постройка какой-нибудь дачи не растянулась на десятилетия. Бетону, который высыхает и затвердевает в естественных условиях без дополнительного влияния с внешней или же внутреннее стороны и без каких-либо катализаторов, требуется в среднем месяц для того, чтобы полностью прореагировать с водой и войти в то состояние, когда его уже можно будет подвергать разнообразным нагрузкам.

Специальные добавки

Бетон сможет набрать прочность в разы быстрее, если использовать специальные добавки. Вспомогательные компоненты применяются в случае, когда время не позволяет ждать. Специальные добавки вносятся в раствор в процесс его приготовления. Таким образом, вещества как бы действуют изнутри, позволяют компонентам смеси схватываться быстрее.

В итоге действия специальных добавок бетон может затвердеть уже спустя неделю поле заливки. Правда, существует определенное условие для получения подобного результата. Процедура должна проводиться в летние месяцы, когда температура воздуха находится на высоких отметках. В случае холодного времени года рекомендуется использовать морозоустойчивые добавки. Они позволяют поддерживать в растворе положительную температуру и не дают перемерзнуть жидкости, находящейся в растворе.

Для холодного времени года используется также такой способ, как электропрогрев. При условии положительных температур бетон с помощью такого метода может застыть уже через 3 или 8 часов. Далее он самостоятельно наберет необходимую прочность. Требуемые показатели определяются в соответствии с составленным проектом строительства.

Стоит отметить, что значение прочности может различаться, что зависит от используемых материалов. К примеру, если сооружать здание из легких материалов, в наивысшей прочности фундамента отсутствует необходимость. В случае использования кирпича для возведения стен, прочностные характеристики бетона для основания повышаются. Необходимо помнить, что прочность является самым главным показателем для бетонной смеси.

Итак, процесс затвердевания происходит в первые часы, когда соединяются цемент и вода. Время высыхания бетона тесно связано с различными факторами. К таковым можно отнести влажность, температуру, состав раствора. При точном соблюдении всех условий, необходимых для набора прочности смеси бетонная конструкция получится надежной. В идеале стоит выждать 28 дней, после чего продолжить строительство.

Набор прочности бетона

Самым важным показателем качества бетонов является прочность материала. Согласно требованиям ГОСТ в условиях сжатия она может варьировать в диапазоне М50-800. Наибольшей популярностью пользуются марки цемента М100-500.

График набора прочности бетона

Временной интервал, на протяжении которого происходит обретение раствором необходимых эксплуатационных свойств, называется периодом выдерживания бетона, после которого можно наносить защитный слой бетона. График набора прочности  отражает время, которое требуется бетону для достижения максимального значения прочности.

В нормальных условиях состав «созревает» за 28 дней. На протяжении первых 5-ти дней происходит интенсивное твердение бетона. Спустя 7 дней после заливки достигаются 70% прочности выбранной марки. Однако дальнейшие строительные работы специалисты советуют начинать лишь при достижении 100% — не ранее, чем через 28 дней после заливки.

Время набора прочности бетона для каждого отдельного случая может несколько отличаться. Для точного определения срока твердения состава проводят контрольные испытания образцов материала.

В теплое время года в монолитном домостроении для оптимизации процесса выдерживания состава и обретения им оптимальных механических и физические свойства достаточно следующих операций:

• Выдерживание в опалубке бетона.
• Дозревание состава после удаления опалубки.

Если мероприятия проводятся в холодное время года, для достижения должной марочной прочности следует обеспечить дополнительное обогревание бетона и его гидроизоляцию. Связано это с тем, что при снижении температуры происходит замедление процесса полимеризации.

Чтобы ускорить набор прочности и минимизировать время выдержки бетона рекомендуется использовать пескобетоны с низким водоцементным соотношением. При соотношении вода и цемент 1/4 сроки, приведенные в таблице, сокращаются в 2 раза. Для достижения такого результата в состав добавляются пластификаторы. Также сократить срок созревания состава можно, искусственно увеличив температуру.

Контроль за набором прочности бетона

На протяжении первых 5-7 дней следует проводить мероприятия по обеспечению условий для выдержки бетона (увлажнение, электрообогрев, укрывание теплоизолирующими и влагозащитными материалами, обогрев тепловыми пушками)

Далее следует уделить особое внимание увлажнению поверхности. При этом через неделю после окончания заливки (при условии, что температура воздуха составляет 25-30°С) конструкцию можно нагружать

Классификация бетонов

• тяжелые составы на традиционных плотных заполнителях и цементах (М50-М800);
• легкие составы с пористыми заполнителями (к ним относят бетоны М50-М450);
• ячеистые составы, относящиеся к разряду легких и особо легких смесей (М50-М150).

Установить проектную марку бетона необходимо на этапе создания проектной документации на возведение объекта. Эта характеристику получают на основании сопротивления осевому сжатию в эталонных образцах-кубах. В строящейся конструкции главным является осевое растяжение, при этом марка цемента определяется по сопротивлению на осевое растяжение.

Набор прочности бетонного состава на растяжение растет с повышением марки по прочности на сжатие, однако в диапазоне высокопрочных материалов происходит замедление роста сопротивления растяжению.

В зависимости от области применения состава определяют марку бетона и класс его прочности. Наименее прочными по праву считают материалы с обозначениями М50, М75, М100. Их используют в строительстве наименее ответственных конструкций.

В возведении зданий и сооружений, требующих большей прочности, применяют бетон М300. Для стяжки лучшим вариантом является состав М200. Цементы, начиная с М500, относят к разряду наиболее крепких.

Разница в прочности марок бетона объясняется их составом, а точнее пропорциями песка, цемента и щебня. Максимальные показатели достигаются за счет применения большей доли цемента.

Для перевода марки бетона в класс используются следующую формулу:

В=/10,

где В – класс, М – марка.

Ниже приведена таблица соответствия марок и классов бетона: