Jak beton tuhne a tvrdne

Beton je pro svou pevnost, dostupnost, rozmanitost typů a způsobů zpracování jedním z nejpoužívanějších materiálů v moderním stavebnictví.

„Těsto“ smíchané z cementu a vody s přídavkem kameniva může mít libovolný tvar a v důsledku tvrdnutí vytvořit pevný, odolný materiál – cementový kámen.

Etapy zrání betonu

Jak probíhá přeměna mobilního řešení na pevnou látku?

Abyste pochopili tento proces, musíte pochopit složení betonu.

Hlavní složkou betonové směsi je portlandský cement. Jedná se o adstringentní složku založenou na 4 minerálech:

1. C2S dikalciumsilikát,
2. C3S trikalciumsilikát,
3. C3A trikalciumhlinitan,
4. C4AF tetrakalciumhlinitý ferit.

Pro přípravu betonové směsi se portlandský cement smíchá s vodou a kamenivem (struska, štěrk, drcený kámen, písek). Někdy se do směsi přidávají určité přísady v závislosti na požadovaných vlastnostech betonu.

Minerály tvořící cementový slínek po smáčení vodou vstupují do hydratační reakce, při které vznikají nové sloučeniny a beton tvoří krystalickou strukturu.

Tuhnutí betonu je tedy krystalochemický proces.

Existují dvě fáze tvrdnutí betonu:

1. betonové nastavení,
2. pevnostní sada.

Beton začíná tuhnout do 2 hodin a 60 minut po zahájení procesu ztuhne. Dokud beton neztuhne, zůstává jeho pohyblivost.

Zajímavé!

Někdy, pokud není možné ihned začít s pokládkou betonu, se směs míchá příliš dlouho, aby neztuhla. Na kvalitu betonu to nemá nejlepší vliv.

Po ztuhnutí betonu začíná proces tvrdnutí.

Jak dlouho trvá vytvrzení

Úplné vytvrzení betonu může trvat mnoho měsíců, ale během stavebních prací jsou zapotřebí určité pokyny, které lze dodržovat.

Důležité!

Předčasné zatížení betonové konstrukce může zničit beton, který nezískal dostatečnou pevnost, a nadměrné vystavení betonu v bednění zvyšuje náklady na stavební práce a prodlužuje dobu výstavby.

Návrhová pevnost betonu je pevnost, které beton určité třídy dosáhne za normálních podmínek po 28 dnech.

Doba zrání betonu bez přísad

Jak rychle beton získá pevnost, závisí na mnoha faktorech. Za normálních podmínek závisí rychlost tvrdnutí betonu bez přísad na třídě betonu.

Zajímavé!

Fráze „značka betonu“ se stále používá v každodenním životě. Je to chybné: cement je klasifikován podle třídy a beton je rozdělen do tříd.

Tabulka 1. Staré a nové betonové značení

Faktory ovlivňující tvrdnutí cementové kaše

Doba tvrdnutí betonu závisí na různých faktorech:

1. kvalita výchozích materiálů;
2. množství kameniva;
3. tvrdost směsi;
4. teplota a vlhkost vzduchu;
5. zpracování betonu (hutnění, vibrační úprava);
6. péče o beton;
7. použití speciálních přísad.

Podle GOST jsou normální podmínky pro tvrdnutí betonu:

1. teplota vzduchu 18–22°C;
2. relativní vlhkost vzduchu 100 %.

Se změnou teploty se mění i rychlost tvrdnutí betonu. Když teplota vzroste v rozmezí 0°C – 100°C, každé zvýšení teploty o 10°C zvyšuje rychlost procesů 2–4krát.

Plán tvrdnutí betonu při různých teplotách

S rostoucí teplotou se urychluje tuhnutí a tvrdnutí betonu; když teplota klesne, zpomalí se. Při teplotách pod 5°C se proces nabírání pevnosti prudce zpomaluje a při záporných teplotách se zastaví.

Snižující se vlhkost vzduchu zpomaluje proces tuhnutí, protože beton rychleji vysychá a není dostatek vody pro hydrataci.

Metody regulace rychlosti tvrdnutí betonu

V závislosti na úkolech může být nutné zvýšit nebo snížit rychlost tvrdnutí betonu. Procesy můžete ovlivnit teplotně nebo chemicky.

Zrychlení kalení

Pro zvýšení rychlosti kalení použijte:

1. snížení poměru voda-cement (zvýšení tvrdosti směsi, což snižuje zpracovatelnost);
2. tepelná a vlhkostní úprava;
3. přidání speciálních urychlovacích přísad do betonu.

Zpoždění vytvrzování

Při zpomalení vytvrzování může být nutné:

1. při výrobě vysoce kvalitních směsí, které díky zvýšenému obsahu pojivové složky velmi rychle tuhnou;
2. pokud je nutné přepravovat hotovou směs na velké vzdálenosti;
3. při lití betonu v několika fázích.

V těchto případech se používají speciální přísady, které zpomalují reakci hydratace a hydrolýzy slínkových minerálů a oddalují proces tuhnutí o několik hodin.

Jak zjistit přesnou dobu tvrdnutí betonu?

Doba úplného vytvrdnutí různých typů betonu se liší v závislosti na složení. Přibližnou představu o trvání procesů tvrdnutí betonu s použitím cementu jakosti M200, M250, M300, M400, M500 a tak dále lze nalézt v článcích, grafech a speciálních tabulkách.

Tabulka 2. Doba tvrdnutí betonu s použitím portlandského cementu M400, M500

Aby bylo možné přesně zjistit, jak dlouho bude trvat získání návrhové pevnosti betonu, používají se dvě metody:

1. Zjistěte si přesné údaje z laboratoře výrobce.
2. Zavolejte na místo technologa, aby odebral vzorky. Pro vzorky se používají krychlové odlitky o straně 10 cm, které musí vytvrdnout za stejných podmínek jako hlavní konstrukce. Poté se provádějí destruktivní zkoušky, které přesně ukazují pevnost betonu a načasování jeho tuhnutí a úplného vytvrzení.

Doba zrání betonu v bednění

Včasné odbedňování betonu zvyšuje obrátku bednících zařízení a optimalizuje dobu výstavby.

Odbedňovací síla je pevnost dostatečná k odstranění bednění a vyvolání počátečního zatížení. Obvykle je to 70 % návrhové pevnosti (nebo jiná hodnota uvedená v projektové dokumentaci).

U nekritických konstrukcí, např. potěrů, slepých ploch a dalších konstrukcí, které pracují pouze v tlaku, je odizolování přípustné 3.–5. den při dosažení pevnosti 30–40 % vypočtené.

Důležité!

Moderní betony s přísadami mohou dosáhnout pevnosti bednění za 1–2 dny.

Jak dlouho trvá vytvrzení betonu ve vodě?

Kalení ve vodě je nejlepší podmínky pro získání pevnosti betonu. Nepřetržité stárnutí ve vodě podporuje intenzivnější nárůst modulu pružnosti než tvrdnutí na vzduchu.

Když je beton vystaven působení vzduchu, na jeho povrchu se následkem dehydratace zastaví hydratační reakce a vytvoří se buňky a póry; Cementový kámen tvrzený na vzduchu má více strukturálních vad, nižší hustotu a vyšší náchylnost ke korozi.

Péče o beton po nalití

Péče o beton má za cíl vytvořit takové podmínky tuhnutí, za kterých beton požadovanou rychlostí získá danou pevnost a jeho struktura bude té nejvyšší kvality.

Pro optimalizaci procesu vytvrzování je rozhodující zajištění správné teploty a vysoké vlhkosti.

Po položení betonové směsi a jejím zhutnění (pokud existuje) jsou přijata zvláštní opatření k péči o beton.

Ochrana proti vypařování

Tvrdnutí betonu vypadá jako vysychání, ale ve skutečnosti se jedná o reakci, ke které dochází za povinné účasti vody. Když beton tvrdne na vzduchu, jeho povrch rychle vysychá a hydratační reakce se zastaví. V tloušťce betonu a na jeho povrchu se vytváří tlakový rozdíl, což vede ke vzniku defektů ve formě trhlin.

Na ochranu před vysycháním je betonový povrch pokryt vodotěsnými materiály, jako je fólie, plachta a v některých případech vrstva pilin nebo písku, která je neustále navlhčena.

Zajištění rovnoměrné teploty

Při zalévání masivních konstrukcí (například základových desek) vzniká další problém – teplotní spád.

Při uvolňování tepla dochází k hydratačním reakcím. U masivních konstrukcí je rozdíl mezi teplotami v tloušťce betonu a na jeho povrchu. V tloušťce betonové vrstvy může teplota dosáhnout 50–80°C. Pokud rozdíl povrchové teploty přesáhne 20–30°C, může dojít k prasknutí betonové konstrukce, což vede k intenzivnímu praskání na vnější straně konstrukce a ztrátě pevnosti.

Aby se zabránilo teplotnímu spádu, je nutné snížit teplotu celé konstrukce. Za tímto účelem se po pokrytí parou nebo vodotěsným materiálem nalije na povrch betonu studená voda a po zahřátí se změní.

Důležité!

Pokles teploty by neměl být náhlý. Je povoleno ji snižovat o 1–2 °C za hodinu, u některých typů konstrukcí nejvýše o 12–13 °C za den (tento údaj je uveden v předpisech).

Pro provádění těchto činností je nutné znát přesnou teplotu v tloušťce betonu; Podle předpisů se musí první den měřit každé 1–2 hodiny a poté jednou za 1 hodin a získaná data se zaznamenávají do speciálních deníků. Aby bylo možné měřit teplotu, při lití betonu se trubky vkládají ve vzdálenosti maximálně 8 m od sebe.

Ochrana proti chlazení

V zimě vyvstává úkol udržet teplo v betonu, protože při teplotách pod plus 5 ° C se tvrdnutí zastaví. Hlavním úkolem je zajistit tvrdnutí, dokud beton nezíská kritickou pevnost.

Důležité!

Kritická pevnost se nazývá pevnost v zimě, při jejímž dosažení již není zamrzání vody v pórech betonu destruktivní (obvykle 30-50 % návrhové pevnosti).

Používají se různé způsoby uchování tepla:

1. Zahřívání elektrodami nebo infračerveným zářením (to druhé je technologicky obtížné).
2. Instalace skleníků s ohřátým vzduchem.
3. Využití zadrženého tepla hydratační reakce („tepelná osmóza“ nebo „termo metoda“), pro kterou je povrch betonu pokryt tepelně izolačními materiály, jako jsou desky z minerální vlny, válcované materiály v několika vrstvách.
4. Nemrznoucí přísady. Pokud se dříve používal chlorid vápenatý, nyní se jeho použití, stejně jako jiných chloridů, nedoporučuje kvůli agresivnímu působení na výztuž. Častěji používají mravenčan vápenatý nebo sodný a další elektrolytické soli snižující bod tuhnutí vody nebo hotové komplexní přísady, které mají nejen nemrznoucí, ale i plastifikační účinek.
5. Použití urychlovacích přísad ve spojení s tepelným zpracováním. V tomto případě jsou potřebná aditiva k rychlému dosažení kritické pevnosti, poté je pomocí oteplovacích nebo tepelně konzervačních opatření zajištěna optimální teplota až do dosažení návrhové pevnosti betonu.

Má se beton zalévat?

Vzhledem k tomu, že vodní prostředí je optimální pro tvrdnutí, je vhodné beton zalévat vodou, ale pouze v létě, zejména v horkém počasí. Intenzivní zajištění vlhkosti snižuje pravděpodobnost defektů.

Zpevňování betonu je složitý chemický proces, který závisí na mnoha faktorech. Pro optimalizaci stavebních prací se používají metody tepelné a vlhkostní úpravy betonu. Moderním řešením je použití speciálních přísad, které regulují rychlost tuhnutí.