Время застывания бетона в опалубке

Как происходит превращение подвижного раствора в твердое вещество?

Чтобы понимать этот процесс, нужно представлять состав бетона.

Главным компонентом бетонной смеси является портландцемент. Это вяжущее составляющее, в основе которого 4 минерала:

C2S двухкальциевый силикат,

C3S трёхкальциевый силикат,

C3A трёхкальциевый алюминат,

C4AF четырёхкальциевый алюмоферрит.

Для приготовления бетонной смеси портландцемент смешивается с водой и заполнителями (шлак, гравий, щебень, песок). Иногда в смесь добавляются те или иные присадки, в зависимости от желаемых свойств бетона.

Минералы, входящие в состав цементного клинкера, при смачивании водой вступают в реакцию гидратации, в процессе которой образуются новые соединения, и бетон образует кристаллическую структуру.

Таким образом, твердение бетона – это кристаллохимический процесс.

В твердении бетона выделяют две стадии:

Бетон начинает схватываться уже через 2 часа, а через 60 минут после начала процесса он уже схватится. Пока бетон не схватился, его подвижность сохраняется.

Иногда, при невозможности немедленно заняться укладкой бетона, смесь слишком долго перемешивают, чтобы она не схватывалась. Это влияет на качество бетона не лучшим образом.

После того, как бетон схватился, начинается процесс твердения.

Факторы воздействия

Перед началом строительных работ необходимо взять во внимание все факторы, способные так или иначе оказать влияние на время высыхания бетона.

Сезонность

Об упрочнении бетона при нормальных температурных условиях лучше расскажет специальная таблица, в которой указано, сколько времени потребуется для достижения максимального эффекта.

Трамбовка

Стоит помнить, что плотная стяжка сложнее поддается резке и сверлению после трамбовки. В таких случаях используют буры с алмазным напылением. Сверла с обычным наконечником моментально выходят из строя.

Состав

Время застывания

Только что приготовленный раствор бетона – полужидкая или жидкая смесь, если не считать наличия в нём гравия, являющегося твёрдым материалом. Бетон состоит из щебня, цемента, песка (можно карьерный сеяный) и воды. Цемент – минерал, в который входит отвердевающий реагент – силикат кальция. Цемент, как известно, реагирует с водой с образованием каменистой массы. По сути, цементопесок и бетон – искусственный камень.

Затвердевание бетона двухэтапно. За первую пару часов бетон сохнет и схватывается частично, что даёт стимул после приготовления бетона как можно скорее залить его в подготовленный опалубочный отсек. Реагируя с водой, цемент превращается в гидроокись кальция. От его количества и зависит конечная твёрдость бетонного состава. Образование кальцийсодержащих кристаллов приводит к повышению температуры твердеющего бетона.

У различных марок бетона схватывание по времени также разнится. Так, бетон марки М200 имеет срок схватывания, равный 3,5 ч. с момента завершения смешивания основных ингредиентов. После первоначального застывания он высыхает в течение недели. Окончательное затвердевание заканчивается лишь на 29-й день. В окончательный монолит раствор превратится при температуре +15… 20 градусов Цельсия. Для юга России это температура межсезонья – наилучшие условия для строительства бетонных конструкций. Влажность (относительная) не должна превышать 75%. Лучшими месяцами для закладки бетона являются май и сентябрь.

Заливая фундамент летом, у мастера велик риск нарваться на преждевременное высушивание бетона и его необходимо регулярно орошать – не менее раза в час. Схватывание за час недопустимо – конструкция с большой долей вероятности может не набрать заявленной прочности. Фундамент становится крайне хрупким, растрескивается, могут отваливаться значительные его куски.

Если воды не хватает для своевременного и многократного увлажнения бетона, то состав, наполовину или полностью схватившийся, не дождавшись, пока испарится вся вода, плотно накрывают плёнкой.

Однако, чем больше цемента в бетоне, тем скорее он схватится. Так, состав М300 может схватиться за 2,5-3 часа, М400 – за 2-2,5 часа, М500 – за 1,5-2 часа. Опилкобетон схватывается за примерно то же время, что и любой похожий на него бетон, в котором соотношение песка и цемента похоже на любую из вышеприведённых марок. Следует помнить, что опилки вносят своё отрицательное воздействие на параметры прочности и надёжности и увеличивают время схватывания до 4-х часов и более. Состав М200 полностью наберёт прочность за две недели, М400 – за одну.

Скорость схватывания зависит не только от марки бетона, но и от конструкции и глубины залегания нижней грани фундамента. Чем шире ленточный фундамент и чем дальше он заглублен, тем дольше он высыхает. Это неприемлемо в условиях, где земельные участки в плохую погоду часто подтопляются, так как расположены в низине.

Стадии набора прочности

Затвердевание бетона до момента набора марочной прочности занимает около 28 дней, но точно определить, сколько застывает материал, можно только на стройплощадке.

1. Первая заключается в схватывании смеси, когда все ее составляющие соединяются в одно целое.
2. Вторая предусматривает набор прочностных свойств и затвердевание.

Смесь приступает к схватыванию через 2-3 часа с момента перемешивания компонентов. В осенний период это может длиться больше суток. При этом в холодное время строительные работы продолжаются.

В течение первой стадии смесь сохраняет подвижное состояние, поэтому пользователь может вносить изменения в форму будущей конструкции. Для снижения вязкости применяют механизм тиксотропии.

Следующий этап заключается в затвердевании смеси. Марочные прочностные характеристики появляются через четыре недели, но финишные свойства обретаются через пару лет. Сроки твердения бетона зависят от условий температуры и влажности.

Первые 5-6 суток с момента заливки отличаются максимальной интенсивностью застывания, поэтому за этот период материал уже имеет 30% прочности. Через 90-10 суток показатель на 20% превысит марочный.

В течение первой недели бетон нужно подвергать температурному воздействию, увлажнению, тепло- и гидроизоляции.

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.

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.

Твердеть и набирать полную прочность конструкция будет 28 дней при температуре около +20 °C и влажности 70%. Изделиям повышенной сложности из тяжёлого бетона М400 потребуется для этого от 45 до 60 дней.

Бетонные работы в жаркий летний период подразумевают обязательный уход за поверхностью, которая образует корку и растрескивается при неравномерном высыхании. Лучше всего приступать к бетонированию с наступлением ранней весны или поздней осени, когда среднесуточная температура не превышает +20 °C, а атмосферная влажность составляет более 75%. В таких условиях смесь без усилий сохнет равномерно.

По результатам лабораторных исследований были установлены средние сроки высыхания:

1. В течение первых трёх суток бетонная смесь приобретает до 30% прочности, соответствующей марке используемого цемента. Важно соблюдение необходимых параметров влажности (не менее 75%) и температуры воздуха (не ниже +15 °C).
2. За время от 7 до 14 суток бетонная конструкция набирает твёрдость, достаточную для удержания веса тела человека, и около 80% других заявленных характеристик.
3. 28 суток — срок, который гарантирует окончательный набор заложенной прочности и даёт возможность эксплуатации бетонного сооружения, какой бы интенсивной она ни была.
4. Через 90 суток искусственный камень улучшит свойства ещё на 20%. Эта способность совершенствовать характеристики со временем выгодно отличает бетон от других материалов.

Прочность и твёрдость конструкции зависят от соблюдения времени сушки, которая сопровождается не только испарением воды из раствора, но и химическим отвердением компонентов.

Влияние природных факторов

Если средний температурный показатель составляет приблизительно 1-2°С, то разрешается демонтировать все доски только спустя несколько недель. При приблизительной температуре 5°С демонтаж проводится примерно через 10 дней. В том случае, если на улице относительно теплая погода в районе 10°С, опалубка может быть снята по прошествии 5 дней.

Как правило, заливка способна набирать примерно 50% своей основной прочности по истечении указанного периода. Возможность демонтировать опалубку еще не означает готовность застывшей бетонной смеси производить какие-нибудь работы со свежим фундаментом. После демонтажа опалубки монолит лучше просто накрыть обыкновенной полиэтиленовой пленкой. Не следует буквально укутывать фундамент пленкой. Пусть полежит в таком виде до наступления морозов. После этого пленку необходимо убрать. Конструкции предстоит простоять целую зиму, чтобы пройти минимальное достаточное испытание на устойчивость и прочность под воздействием внешних природных факторов.

Этапы готовности состава

Процесс застывания фундамента и состава условно разделяется на несколько этапов. Детальное изучение процесса позволяет точно определить, сколько застывает фундамент в конкретном случае.

Главное понятие в том, что бетонная смесь не высыхает в классическом понимании слова, а проходит процесс химической реакции, в результате которого обретает заданные характеристики.

В первые 24 часа после заливки в форму (опалубку) бетон получает около 30% расчётной прочности. Спустя 3 дня – около 50%, а через 7 дней – до 70% от проектируемой. В ходе наблюдений установлено, что для полного затвердевания материала требуется 28 дней (4 недели).

При подборе бетона для строительства дома, уделяют внимание таким параметрам, как марка бетона, дата расфасовки и условия хранения. Также играет свою роль производитель материала.

Чтобы фундамент смог выдержать процессы пучения грунта в зимний период, его закладывают ниже уровня промерзания. Для этого требуется больший объём бетона, но прохождение глубины промерзания – обязательный параметр при фундаментных работах.

Температура воздуха при работе с бетоном должна быть не ниже 5 градусов тепла. При падении температуры ниже этого уровня необходимо применять искусственный подогрев. Все строителя стремятся дополнительно воздействовать на смесь, чтобы достичь необходимого уровня быстрее и продолжить возведение здания.

Какие факторы влияют на застывание

Прежде всего, бетоны разных марок сохнут с разной скоростью: чем выше марка, тем быстрее схватывается. М200, например сохнет от 2 до 2,5 часов. Время застывания бетона М300 поменьше, всего 1,5-2 часа. Бетонная смесь марки М400 может высохнуть за 1-2 часа.

То же самое касается и полного отвердевания. Для сравнения: расчётную прочность М200 набирает за 14-28 дней, а М400 сохнет уже за 7-14 дней.

Более прочные бетоны все равно лучше выдерживать не меньше месяца перед тем, как давать полную нагрузку.

То, как протекает застывание каждой из марок, зависит ещё и от погодных условий – температуры и влажности.

Дело в том, что цифры, которые мы назвали ранее – относительны. Раствор сохнет 28 суток при +20℃. При +5℃ срок твердения бетона будет значительно дольше, а при нуле застывание и вовсе прекратится.

Чем теплее, тем быстрее идет гидратация, так что, по логике, в жару бетон засыхает быстрее. Это так, но стоит учесть, что при недостатке влажности процесс останавливается. Нормальный показатель 80-100%.

Когда нет возможности ждать 28 дней, для смеси используют особый, быстрозастывающий цемент. Он гораздо дороже из-за дорогого оборудования, на котором его делают. Отличается более мелким помолом, также минеральным составом. Схватывается за 45 минут максимум, тогда как у бетонов, в составе которых обычный цемент, это занимает от 2 часов.

Немного из теории строительства с использованием бетонных смесей

Строительный бетон относится к искусственным камням, которые создаются с заданными параметрами и формами из бетона определенной марки с армированием или без такового. Все параметры создания бетонных конструкций прописаны в строительных проектах: марка вяжущего; диаметр арматуры для создания каркаса; размеры и конфигурация конструкции; прочность.

Набор прочности состава напрямую зависит от времени высыхания и окружающих условий, при этом различают две стадии процесса высыхания смеси в опалубке.

Схватывание

Во время этого этапа бетонная смесь теряет пластичность и подвижность, поэтому очень важно при заливке смеси в опалубку делать все операции быстро.

Чтобы схватывание бетона не произошло преждевременно, транспортировка смеси производится в специальных бетономешалках, где по технологии не прекращается перемешивание даже во время перевозки материала.

Заливка бетонной смеси в опалубку, разравнивание и уплотнение смеси выполняется оперативно, без перерывов. Любые промедления или нарушения технологического процесса по бетонированию конструкций могут вылиться в серьезные проблемы при дальнейшей эксплуатации строительных узлов, а именно – появлений мостиков холода в местах, где плохо промешанная масса бетона застыла слоями. Очень важно правильно рассчитывать, сколько потребуется времени на транспортировку и заливку смеси.

При обычных условиях схватывание смеси продолжается до 60 минут, в особо жарких условиях время застывания бетонной смеси может достигать 15 минут.

Производство бетонных работ на открытом воздухе в холодное время замедляет процесс схватывания, который при минусовых температурах окончательно прекращается. Зимой бетон практически не сохнет самостоятельно, сколько бы времени ни прошло. Для полноценного застывания бетонной смеси в зимнее время используются специальные присадки, которые вводят в бетон, или возводят теплую опалубку.

Полное отвердение

Во время этого процесса бетон окончательно кристаллизуется, приобретает форму, прочность и жесткость. Время застывания бетонной смеси зависит от многих причин:

• Температуры окружающей среды (важно знать, сколько градусов на термометре вдень заливки бетона в опалубку).
• Типа вяжущего, примененного для изготовления бетонной смеси.
• Соотношения воды и цемента при замешивании бетонного раствора.

Обычно время застывания бетона в конструкции с полным набором прочности составляет 28 дней при условии средней температуры в 20 -22 градуса и влажности 68%. Однако, после этого срока бетонная конструкция продолжает набирать прочность еще не один месяц (сколько конкретно времени потребуется, зависит от совокупности условий).

Какие факторы влияют на застывание

Среди основных факторов выделяют:

• температурные условия;
• марку используемого цемента;
• уровень влажности.

Затвердевание в неблагоприятных условиях может привести к появлению трещин при нагрузке

Чем выше температура на улице или в помещении, тем быстрее смесь набирает свою прочность. При падении температуры ниже 0 градусов процесс гидратации приостанавливается. Многими строителями оптимальной для заливки бетона считается температура от 18 до 22 градусов.

Марка бетона обозначается буквой М. Значение марки может варьироваться от 50 до 800. Чем выше показатель, тем прочнее считается бетон и тем меньше ему требуется времени для застывания. Несмотря на то, что более высокие марки затвердевают быстрее, их все равно рекомендуется выдерживать не менее 4 недель, перед тем как давать нагрузку.

Уровень влажности окружающей среды напрямую влияет на процесс гидратации. При очень низкой влажности затвердевание замедляется. При очень высокой влажности — ускоряется. Нормальный набор прочности бетона проходит при влажности около 80-100%.

Что полезно знать при работе с бетоном

При заливке фундамента от стены надо оставить небольшое расстояние – около 30-40 сантиметров, а пустоту засыпать песком. Так делают для предотвращения скапливания воды около стен фундамента, иначе есть риск вздутия земли в зимнее время года.

Иногда допустим и более долгий срок для затвердевания бетона. Например, при возведении плотин и дамб, набережных, мостов – такие сооружения строятся очень медленно, поэтому к заложенному бетону возможно применить полную нагрузку только через длительное время.

При затвердевании бетона для любого сооружения следует помнить, что после контрольного срока бетон еще долго по-прежнему продолжает набирать прочность, хотя теперь уже гораздо медленней. В расчетах это время не учитывается.

Дополнительный набор прочности после времени, превышающем установленные сроки затвердевания, можно считать как бы гарантией надежности конструкций – бетонных или железобетонных.

Высокие температуры способны ускорить химические реакции, происходящие в бетоне. Но следует иметь в виду, что при очень сильном прогревании бетон высыхает чересчур быстро, а твердеть перестает. Объясняется это тем, что заключенная в бетоне вода будет испаряться очень интенсивно, а химические реакции не будут осуществляться должным образом.