Время твердения бетона

Время твердения относительно бетонных смесей – это время, через которое бетоны теряют пластичность и приобретают необходимую прочность.

Специфика твердения бетона из горячих семей

При проведении оценки показателей прочности бетонов из горячих смесей следует учитывать четыре критерия:
- прочность бетона раннего возраста (через сутки после распалубки либо сразу после нее),
- месячную прочность бетонов их холодной и горячей смесей такого же состава, отвердевавших при нормальных условиях,
- месячную прочность бетона из холодной смеси такого же состава, однако с меньшим ВЩ.

При проведении экспериментов были соблюдены следующие условия:
- Подвижность бетонных смесей при их укладке находилась в пределах от 5см до 9см осадки конуса.
- Показатель жесткости при укладке жестких горячих смесей находился в пределах от 50сек. до 60сек. в соответствии с техническим вискозиметром.
- После формования кубы из горячих смесей выдерживали при температуре +800С в течение 4ч-5ч. Затем твердение кубов осуществлялось одновременно с контрольными образцами уже в нормальных условиях.
- Кубы контрольные изготавливались из смеси, применяемой при разогреве, т.е. этого же водосодержания и состава, что и горячие.

При термической обработке бетонов основное влияние на величину и кинетику роста их прочности оказывают два минерала, входящие в состав цементного клинкера: алюминат трехкальциевый и силикат трехкальциевый. Последний из них является главным носителем прочностных качеств цемента. Однако при нагревании конечная величина и темпы роста прочности определяются алюминатом трехкальциевым, а его содержание может быть различным. Таким образом, высокоалюминатные цементы обладают наибольшим ростом прочности в первые часы нагрева.

Но в месячном возрасте прочность таких смесей оказывается на 10%-20% меньшей, нежели она могла составлять при нормальном твердении. В это же время в среденалюминатных цементах показатели прочности очень близки друг к другу, нижкоалючинатные же цементы в прогретых образцах даже способны обеспечивать более высокие результаты, нежели в образцах, которые твердели при нормальных условиях.

Данная закономерность наблюдается лишь в жестких составах горячей смеси в раннем возрасте. При иных обстоятельствах проявляются достоинства предварительно электроразогретых смесей, изготовленных на средне и низкоалюминатных цементах.

Недобор прочности бетонов из жестких смесей в возрасте одного месяца (вне зависимости от цементного минералогического состава) оказался очень характерным и постоянным. Специальные исследования показали, что при обыкновенных расходах цемента, а также увеличении ВЩ до 0,75-0,65, недобор прочности исчезает.

Иным аномальным моментом использования горячих смесей есть более медленный набор прочности в раннем возрасте жесткими составами по сравнению с подвижными (вне зависимости от минералогии цемента). Достоинства составов с увеличенным содержанием воды, которые проявляются в короткие сроки твердения являются специфичными для горячих смесей. Из-за повышенной потребности воды жесткими составами с низким ВЩ, они довольно часто оказываются недостаточно эффективными.

Увеличенная потребность воды цементом в горячих смесях иллюстрируется данными об объемах связанной воды при разных условиях «созревания» бетона. По данным экспериментов, проведенных в ВНИИЖелезобетон, на ранних сроках твердения связывание воды в бетонах из горячих смесей осуществляется в полтора раза быстрее, нежели подобный процесс при пропаривании. При последующем твердении объемы связанной воды в бетонах из горячих смесей приблизительно то же, что при твердении нормальном, однако во всех случаях они оказываются выше, нежели в пропаренном бетоне.

Для определения взаимодействия цемента и воды в ходе исследований в НИИЦемента определили уровень гидратации минералов клинкера портландцементного (способом количественного рентгенографического анализа). Опыты были проведены с цементным тестом нормального твердения, разогретом при таком же режиме, что и образцы бетона из горячих смесей. В ходе опытов использовался Ахангаранский низкоалюминатный портландцемент.

В возрасте 28 суток уровень гидратации в прогретых образцах оказался ниже на 5%, нежели в образцах с нормальным твердением (70% и 75%). При прогревании бетонной смеси на таком цементе прочность в прогретых образцах 28-суточного возраста оказалась больше, нежели в образцах с нормальным твердением. При этом уровень гидратации в цементном тесте каждого вида твердения оказался практически одинаковым.

При анализе термограмм, полученных при исследованиях в ВНИИНСМа, было обнаружено, что фазовый состав гидратационных продуктов при применении горячих смесей такой же, как и в исследуемых образцах при твердении в обыкновенных условиях. Такой результат идентичен данным, которые получил Р.Ковач, указывая, что отличия прослеживаются лишь в составе гидроалюминатов. Нередко авторы полагают, что при обрабатывании смеси электротоком важное значение имеет дозировка гипса – ведь именно он обеспечивает связывание в гидросульфоалюминат трехкальциевого алюмината. Такая мера вызывается обильным синтезом сульфоалюминатов, наблюдаемым в процессе электропрогрева.

На основе исследований, проведенных в НИИЦемент, объясняется взаимосвязь, которая существует между процессами твердения бетона и свойствами горячей смеси. Установлено, что на первом этапе процесс ускоренного загустения разогретой смеси (при электроразогреве) вызывается активным синтезом гидросульфоалюмината кальция. Продолжающийся же следом процесс окончательной утери пластических свойств обусловлен началом кристаллизации Са(ОН)2, происходящей в главном периоде гидратации силиката трехкальциевого.

Так же при этом установили, что если смесь обладает повышенным водосодержанием и сравнительно высокими температурами, то образовываются крупные правильной гексагональной формы кристаллы Са(ОН)2. Размер кристаллов увеличивается при возрастании температуры (при 900С – 60u, при 750С – 50u, при нормальном твердении – 40u и меньше). Из этого следует, что особенности технологии горячего формования способствуют активному росту прочности камня цементного в ранние сроки твердения. Это связано с увеличением отдельных кристаллов, а также кристаллов Са(ОН)2, при повышении температур. Данное явление отчетливее всего можно наблюдать при значительном водосодержании смеси и увеличенном содержании алита. В связи с этим в раннем, а также в месячном возрасте лучшие прочностные показатели получены на средне- и низкоалюминатных алнтовых цементах, а также подвижных составах, обладающих высоким водосодержанием.

Можно сделать вывод, что в горячих смесях повышенное содержание воды ведет к ускорению процессов твердения, а также к более полной цементной гидратации. Но это только одна сторона всего процесса, связанного с вводом дополнительной воды. При сопоставлении прочности бетонов из горячих смесей в возрасте одного месяца и марочной прочности бетона такого же состава, но обладающим меньшим ВЩ, то окажется, что дополнительный ввод воды ведет к уменьшению прочности бетонов из горячих смесей на 18%.

На уровень потерь прочности образцов бетона из горячих смесей при увеличении их водосодержания минералогический состав цемента практически не влияет. Из первых трех цементов, обладающих одинаковым содержанием СзА (4%), цемент Белгородский выделяется довольно высоким содержанием алита. Но полученный с ним результат крайне близок к результату на Подольском цементе, который содержит алита меньше на 12%.

Лишь на Воскресенском цементе, в котором повышенное содержание алюмината, повышения объемов воды в составе не повлияло на прочность. Тут надо учесть, что фактическое повышение ВЩ в условиях производства составляет только половину расчетной из-за больших влагопотерь. В связи с этим расчет, осуществленный по формуле Боломея, относительно составов для кассетной технологии с максимальным увеличением ВЩ на 15% демонстрирует, что снижение прочности может достигать 19% (а это совпадает с данными лабораторных исследований), а при фактическом повышении ВЩ на 7% потери прочности не превысят 10%.

Чтобы уменьшить водосодержание и увеличить прочность бетонов вводят добавки ускорителей твердения, которые одновременно являются и пластификатором смеси. Их могут использовать в чистом виде либо в сочетании с различными поверхностно-активными веществами, посредством которых возможно дальнейшее значительное понижение ВЩ. Так, при введенииСаС12 (около 2%) можно уменьшить ВЩ на полтора %, а при введении 0,3%ССБ и 1,5%СаС12 можно сократить ВЩ на 15%.

Следует помнить, что к уменьшению содержания воды в горячих смесях надо подходить аккуратно, так как эта мера ведет к появлению ряда факторов, которые могут действовать неоднозначно и одновременно. Например, никаких сомнений не вызывает целесообразность уменьшения содержания воды при больших временных интервалах от момента затворения смеси разогрева смеси, поскольку при нормальных температурах процессы взаимодействия воды и цемента в смесях с более низким ВЩ протекают быстрее.

При переходе к анализу горячих керамзитобетонных смесей надо отметить, что их специфика определяется пористой структурой керамзита, что значительно влияет на водосодержание состава. При разогреве и после осуществляется перемещение воды в керамзит, а из заполнителя – в растворную составную часть смеси. Из-за этого горячие смеси по расходу воды незначительно отличаются от обыкновенных холодных.

Из-за меньшей связности керамзитобетонных смесей (в сравнении с тяжелыми составами) при разогреве и формовании гораздо больше теряется воды за счет утечки и испарения. Это обуславливает необходимость повышения водоцементного отношения.

Повышенное содержание воды важно лишь для процесса взаимодействия воды с цементом, а также с мелким заполнителем, который обладает гидравлической активностью. Пористость же цементного камня особого значения не имеет, поскольку в бетонной смеси расход цемента обычно больше требуемого с точки зрения обеспечения нужной марки бетона.

К примеру, в документации по проектированию крупнопанельных домов расход цемента указывается в размерах не меньше 200кг/м3, и совместно с пылевидными активными фракциями песка цемента должно быть не меньше 250кг/м3 бетона.

Вывод

Более существенный рост прочности бетонов, изготовленных из горячих смесей, осуществляется на алитовых цементах в составах с повышенным водосодержанием.

В жестких составах этого не происходит. Увеличение водосодержания положительно воздействует еще и на увеличение роста прочности в течение первых часов твердения (вне зависимости от минералогии цемента). Это связано с увеличением скорости процесса кристаллизации кальция гидрата окиси.

Прочность тяжелых бетонов, изготовленных из электроразогретых смесей, меньше прочности контрольных образцов, которые были приготовлены из холодной смеси такого же состава и одинаковой консистенции. При подсчете общего баланса разных факторов воздействие водосодержания на прочность керамзитобетонов, изготовленных из горячих смесей, является несущественным.

   назад в раздел "Справочник строительных материалов"