Иногда на стройплощадке время не ждет, сезон наружных работ заканчивается и требуется, чтобы бетон набрал прочность как можно быстрее. Например, происходит заливка фундамента за несколько недель (или даже дней) до наступления отрицательных температур. Какие существуют способы ускорить процесс набора прочности бетона – разберем в этой статье.
Как можно ускорить твердение бетона, чтобы не выдерживать те сроки а 7 суток, через которые бетон набирает распалубочную прочность? Это очень долго и строителей такие сроки не устраивают. Существуют определенные способы, приемы, с помощью которых можно ускорить твердение.
Твердение бетона - это химический процесс, вернее, даже кристаллохимический. И вокруг этого как раз будут крутиться все наши способы ускорения. Первый самый простой, самый известный самый древний способ, как можно ускорить твердение бетона, это тепловая обработка.
1. Прогрев бетона
Причем реализован способ может быть по-разному. На заводах это камеры тепловлажностной обработки, автоклавы. Это могут быть какие-то шкафы для мелкоштучных изделий. Это может быть направленный поверхностный прогрев, электропрогрев.
В чем состоит механизм повышения скорости набора прочности у данного способа? Голландский химик Вант-Гофф вывел определенную закономерность. Это правило говорит, что при увеличении температуры химической реакции на каждые 10 градусов ведет к ускорению химической реакции в 2-4 раза. Это в температурном диапазоне 0 до 100 градусов.
Но если бетон марочную прочность набирает при 20 градусах через 28 суток, то, через сколько времени он наберет марочную прочность, если будет температура 60 градусов? Расчет показывает, что в 81 раз ускорится реакция, когда температура бетона повысится до 60 градусов. И если 28 суток поделить на 81, то получится примерно 8 часов – время на набор марочной прочности. Это по теории.
На практике режим температурной обработки при температуре 60 градусов идет по схеме: 3 часа плавный подъем температуры до 60 градусов, 6 часов изотермическая выдержка и 3 часа плавно остывает. Весь цикл в камере в сумме длиться 12 часов. Так пропаривают плиты перекрытий серии ПК.
И после такой тепловой обработки изделия в зависимости от его формы, от конфигурации набирает прочность от 90 до 105%. Как видите, на практике активная фаза при такой схеме длиться 6 часов. И если возьмем какую-то другую более высокую температуру, подставим в форму выше, то время сократится еще больше.
Но данное правило Вант-Гоффа действует и в обратном сторону. Если у нас температура, скажем, +10 градусов, то бетон будет твердеть медленнее в 2-4 раза и марочную прочность наберет через 2-3 месяца. Если температура вообще около 0 градусов то гидратация цементов останавливается, бетон не будет твердеть.
Это самый простой, самый известный способ увеличить скорость твердения на практике. Можно самому сделать камеру тепловлажностной обработки бетонных изделий. Я ускоряю набор прочности своих бетонных изделий, изготавливаемых по технологии «мытый бетон», помещая (заливая) их в обычной садовой теплице. Летом днем там температура +60-70 гр. и набор прочности без риска повредить изделия произвожу через сутки.
Подробнее про технологию здесь:
На объектах бетон выдерживают в тепликах. Фундамент накрывают тентом и включают тепловую пушку внутри. Или греют сам бетон кабелем через трансформатор.
Вторым, по распространённости способам, как можно ускорить твердение бетона, является применение различных добавок.
2. Химические добавки
Это всевозможные соли, неорганические кислоты, хлориды, сульфаты нитраты, калия, кальция, натрия, алюминия. Механизм состоит в том, что эти соли создают электролит, они повышают растворимость минералов и реакции идут быстрее.
Требование к добавкам-ускорителям состоит в том, чтобы обеспечить прирост в прочности не менее 30%. Но такие добавки могут привести к коррозии металла в бетоне. Использования хлоридов и сульфатов запрещено в железобетоне, потому что они приводят к коррозии арматуры.
В Европе, в основном, применяют в форме кальция, кольцевая соль муравьиной кислоты. Все эти соли являются противоморозными добавками. Если, например, какие-то соли используются в растворах для кирпичной кладки, то могут появиться высолы в этой самой кладке.
И этими же добавками активно посыпают наши с вами дороги. Больше всего достается водителям, потому что активно начинает ржаветь кузова в автомобиле, особенно в тех городах, где активно посыпают данными добавками, причем вываливают на дорогу такое огромное количество данных солей, что вода может не замерзать и при температуре минус 10-15 градусов.
Добавки могут быть как единичными, в виде какой-то одной конкретно соли, могут быть комплексными. Когда они выпускаются под какой-то торговой маркой и в эту добавку входит несколько солей.
Какой прирост прочности дает конкретная добавка дают обычно лабораторные испытания, когда точно для конкретного состава бетона можно определить, какой был прирост прочности в конкретные сутки и составляют более подробные технологические схемы.
3. Водоцементное соотношение и пластификаторы
Третий способ - использование бетонных смесей с низким водоцементным соотношением.
Вначале теория. На уроке физики часто ставили опыт, вырастить кристалл какой-то соли. Как кристалл выращивался? Бралась маленькая, крупинка маленький кристалл либо поваренной соли, либо медного купороса, приматывался на ниточку и помещался в насыщенный раствор этой же самой соли. Со временем данный кристаллик рос в растворе. Но туда соль подсыпалась, чтобы раствор был постоянно насыщенный.
Если данный кристалл поместить в ненасыщенный раствор, в слабый раствор, то никакого роста не будет. Этот же кристаллик просто растворится в этом растворе. То же самое и в бетоне. Для того, чтобы начался процесс кристаллизации минералов, чтобы бетон начал быстрее твердеть, необходимо, чтобы вода с растворами минералов как можно быстрее перешли в насыщенный раствор.
Если мы добавим больше воды, то времени для того, чтобы раствор стал насыщенным - необходимо больше. Набор прочности соответствует логарифмическому закону. Бетон с низким водоцементным соотношением быстрее наберет распалубочную прочность, чем бетон с высоким водоцементным соотношением.
Более жесткая смесь с низким водоцементным соотношением твердеет быстрее. И здесь стоит сказать про суперпластификаторы. Если взять описание к любому суперпластификатуру, то там будет написано, что он ускоряет твердение бетона. Хотя, на самом деле, ускорение является в большей части коственной, поскольку пластификатер снижает количество воды на затворение, и значит, то ускоряется твердение бетона.
Суперпластификатеры имеют водоредуцирующий эффект 10-30%. То есть они снижает количество воды примерно на 20%, сохраняя ту же самую подвижность смеси. Меньше воды – быстрее набор прочности.
Еще лишняя вода приводит к образованию пор внутри бетона и к понижению морозостойкости.
Более 10 лет использую суперпластификатор в порошке от этой компании:
Примерно 50 гр на бетоносмеситель (3 ведра цемента), нужно меньше воды и смесь становится более пластичной.
4. Микрокремнезем и жидкое стекло
Четвертый способ не совсем обычной для стандартной стройки - это использование микрокремнезема. Что это такое? Это побочный продукт некоторых металлургических производств.
Кремнистые компоненты используют для производства силикатных материалов. Например, силикатные кирпича или газосиликатов. То есть автоклавный газобетон. Так вот, кварцевый песок просто так не взаимодействует в смеси. Его необходимо поместить в автоклав. То есть только высокие температуры, высокое давление способны ускорить реакцию для того, чтобы она пошла и в составе образовывались какие-то фазы силикатов.
А микрокремнезем имеет такой же химический состав, как и кварцевый песок (SiO2). Но у него колоссальная дисперсность (это порошок) и он взаимодействует в смеси при нормальных условиях. Микрокремнезем является на сегодняшний день самой лучшей, самой крутой добавкой для производства высокопрочных, высококачественных бетонов, которые имеют марку от M700 до M2000.
Чем создается механизм ускорения реакции бетонов с микрокремнеземом? Если условно взять взаимодействие цемента с водой, то образуется портландит, соли кальция в больших количествах и какие-то еще фазы минералов. И вот этот портландит активно связывается с микрокремнеземом, увеличивая прочность и скорость ее набора.
В первые сутки прочность бетона с добавкой микрокаремизмам может варьироваться от 50 до 80%. То есть скорость твердения намного больше, чем у обычного бетона. Но какая здесь обратная сторона медали?
Микрокремнеземом очень мелкодисперсный компонент и обладает высокой водопотребностью. Для того чтобы смесь была удобоукладываемой, хорошо перемешивалась,
необходимо сюда водить большое количество воды. С одной стороны мы видим микрокремнезем и повышаем прочность, но с другой стороны вводим больше воды и увеличиваем водоцементное соотношение. Для этого необходимо использовать суперпластификаторы, причем последнего поколения. При этом получаются прочные бетоны, высокая прочность и высокая морозостойкость.
Микрокремнезем можно заменить жидким стеклом. Подвижность такой смеси сократится в разы, у вас будет 20-30 минут на укладку. Но зато повысится прочность и морозостойкость.
5. Специальные цементы
Пятый пункт - это использовать специальные цементы, в первую очередь сюда относится быстро отвердевающий портландцемент - ЦЕМ I 42,5 Б (М500 ДО). У такого цемента прочность на вторые сутки не меньше 20 МПа.
Есть цементы, которые быстро твердеют за счет химического состава. Сюда можно отмести глиноземистый цемент. В нем много алюминатных минералов, которые сами по себе твердеют очень быстро. Например глиноземистый цемент ГЦ-40, у него 100% марочная прочность при возрасте 3 суток. При возрасте 1 суток - прочность 22,5 МПа, то есть чуть больше 56%. Цемент ГЦ используется для производства огнестойких бетонов, и он естественно дорогой.
Так же сюда можно отнести различные сульфаталюминатные цементы, которые в своём составе содержат, как в глиноземистый цемент, так и гипс - сульфатный компонент, эти цементы отвердевают ещё быстрее. Схватывание у них через несколько минут, прочность набирают через несколько часов. Самый известный в продаже состав на основе такого цемента – гидропломба.
Еще есть быстротвердеющие смеси для заливки душевых поддонов.
Такие цементы используют, например, для укрепления откосов выработанных шахт, для тампонирования каких-то скважин.
Вывод. Если необходимо ускорить твердение бетона, то используйте суперпластификаторы с меньшим объемом воды и делайте это в жаркую погоду или подогревайте изделия в тепляках. Ну, а если приобрести микрокремнезем или жидкое стекло – будет еще лучше.