Способы ускорения твердения бетона

Свежеприготовленная бетонная смесь с какого-то момента начинает загустевать, а затем она полностью теряет способность формоваться. В этих случаях говорят, что бетонная смесь схватилась. Но такая смесь обладает незначительной механической прочностью, отформованные изделия разрушаются при небольших нагрузках. Однако уже после схватывания начинают проявляться свойства хрупкости смеси, то есть способность ее разрушаться без ясно выраженной пластической деформации.

Через некоторое время схватившаяся бетонная смесь превратится в бетон, прочность которого при наличии влаги и тепла будет возрастать длительное время.

Схватывание бетонной смеси и твердение бетона являются следствием химических реакций, происходящих между минеральным вяжущим и водой затворения. Эти реакции, как известно, носят название реакций гидратации вяжущего.

Схватывание происходит в первой стадии процесса гидратации. Ход этого процесса можно проследить по нарастанию пластической прочности цементного теста, растворной или бетонной смеси, то есть по все возрастающему сопротивлению их деформированию (без макроскопических нарушений сплошности материала) под воздействием внешних силовых факторов.

Вторая стадия гидратации – твердение вяжущего – характеризуется потерей пластичности, приобретением упругости формы и способности сопротивляться разрушению под действием напряжений.

Первая стадия гидратации незаметно и постепенно переходит во вторую, и четкой границы между стадиями схватывания и твердения вяжущего нет.

Нормальными для твердения бетона условно приняты температура порядка 20 °С и относительная влажность воздуха, приближающаяся к 100 %. Объясняется это тем, что основы современной технологии бетона были заложены в конце прошлого столетия учеными, которые проводили исследования в условиях умеренного климата. В то время строительство было исключительно сезонным и велось только в теплый период года. Поэтому основные закономерности схватывания и твердения цемента и бетона были установлены применительно к летним условиям умеренного климата.

Твердение бетона на портландцементе при нормальной температуре и влажности происходит иногда очень долго: годами, даже десятилетиями, хотя наибольший прирост прочности происходит в течение первых семи суток. После 28 суток прочность нарастает сравнительно медленно.

В связи с этим в нормах проектирования бетонных и железобетонных конструкций проектная марка бетона по прочности при сжатии, под которой понимается средняя величина кубиковой прочности бетона, контролируется, как правило, по достижении бетоном возраста 28 суток.

Интенсивность роста прочности бетона зависит от вида и активности использованного цемента и температуры твердения бетона. Понижение или повышение температуры твердения бетона снижает или повышает рост прочности бетона. При этом под температурой твердения бетона в относительно тонкостенных конструкциях следует понимать температуру окружающей среды, а для массивных конструкций – температуру внутри массива, всегда большую, чем температура окружающей среды, вследствие экзотермии цемента.

Пути ускорения твердения бетона в нормальных температурно-влажностных условиях следующие. Имеется несколько способов. Один из них – замена цемента данной активности другим более высокой марки. Другой способ – снижение водоцементного отношения (В/Ц), что не только повышает конечную прочность бетона, но и ускоряет ее нарастание. Так, относительная прочность бетона с В/Ц = 0,3 всегда выше относительной прочности бетона с В/Ц = 0,5, что свидетельствует об ускорении процесса твердения бетона с уменьшением водоцементного отношения.

С другой стороны, при снижении В/Ц до 0,3 резко повышается жесткость бетонной смеси. Поэтому в случае использования такого приема для ускорения твердения бетона в нормальных условиях требуется увеличить работу уплотнения.

Эффективное средство ускорения твердения бетона – это применение добавок ускорителей твердения.

Ускорители твердения применяют для повышения прочности бетона в заданные сроки, снижения расхода цемента при сохранении прочности бетона на заданном уровне, а также для сокращения времени тепловлажностной обработки изделий и времени предварительного выдерживания их перед тепловой обработкой.

Применять эти добавки рекомендуется для бетонов и строительных растворов, приготовленных на портландских, пуццолановых и шлакопортландских цементах; не допускается использовать их для бетонов и растворов на глиноземистом цементе.

При тепловлажностной обработке не применяют сернокислый натрий, при автоклавной – не допускается применение хлористых солей. Эффективность введения ускорителей твердения тем выше, чем короче цикл тепловлажностной обработки, ниже марка цемента и бетона, а также температура изотермического прогрева. Установлены следующие ограничения на количество вводимых в бетон ускорителей твердения (% массы цемента): сульфат натрия – не более 1, если на поверхности изделий высолы недопустимы, до 2, если высолы допустимы; хлористый кальций – не более 2 при изготовлении железобетонных конструкций и не более 3 – бетонных (при положительной температуре твердения). Применение хлористых солей в бетонах для напряженно-армированных конструкций не допускается. Хлорид кальция при введении в бетоны и строительные растворы ускоряет сроки схватывания и твердения, одновременно повышает подвижность смеси. Однако добавка хлорида кальция вызывает коррозию арматуры, поэтому содержание его в бетонах ограничивается.

В некоторых случаях целесообразно сочетать пластификаторы и ускорители твердения, а также применять некоторые комплексные добавки.

Следующий путь ускорения твердения бетона – домол цемента в построечных условиях или на заводе сборных железобетонных изделий. Обычно цементные заводы поставляют потребителям цемент с тонкостью помола, характеризующейся удельной поверхностью 2500…3000 см²/г (по Товарову). Домол цемента до удельной поверхности 4500…5000 см²/г в мельницах мокрого или сухого помола значительно увеличивает активность цемента. Так, опыты, проведенные по мокрому домолу цемента, повысившему удельную поверхность с 2700 до 5000 см²/г, показали увеличение прочности раствора (с В/Ц = 0,5) в суточном возрасте примерно в 4 раза и 28-дневном возрасте примерно в 2 раза.

Более тонкий помол экономически невыгоден, так как требует большего расхода электроэнергии и значительного увеличения времени помола.

Эффективным способом ускорения твердения бетона является тепловлажностная обработка изделий – пропаривание их в специальных камерах при нормальном атмосферном давлении, запаривание в автоклавах в среде насыщенного водяного пара повышенного давления и электропрогрева. Такая обработка бетона и железобетонных изделий широко применяется в заводских условиях.