1.7 Твердение бетона

Твердение бетона. Нормальный рост прочности бетона происходит при положительной температуре (15...25° С) и постоянной влажности.

Соблюдение этих условий особенно важно в первые 10... 15 суток твер­дения, когда бетон интенсивно набирает прочность (рис. 18).

Что бы поверхность бетона предохранить от высыхания, ее покрывают песком, опилками, периодически ув­лажняя их. Эффективна за­щита поверхности бетона от испарения влаги полимер­ными пленками, битумны­ми и полимерными эмуль­сиями.

В зимнее время твердею­щий бетон предохраняют от замерзания различными ме­тодами: методом термоса, когда подогретую бетонную смесь защищают тешгоизоляционными материалами, и подогре- ' вом бетона во время твердения (в том числе и электропрогрев).

На заводах сборного железобетона для ускорения твердения бетона приме­няют тепловлажностную обработку — прогрев при постоянном поддерживании влажности бетона насыщенным паром при температуре 85...90° С. При этом время твердения железобетонных изде­лий до набора ими отпускной прочности (70...80 % марочной) сокращается до 10... 16 ч (при твердении в естественных условиях для этого требуется 10... 15 дн).

Рисунок 18 Кривые нарастания прочности бетона:

1 — нормальное твердение при 20°С; 2 — пропаривание при 85°С; 3 — авто­клавная обработка в среде насыщенно­го пара при 175°С (давление пара 0,8 МПа)

Для силикатных бетонов используют автоклавную обработку в среде насы­щенного пара высокой температуры175...200⁰С и при давлении 0,8...1,3 МПа. В этом случае процесс твердения длится 8...10 ч (рис. 19).

Для ускорения набора прочности бетоном применяют быстротвер-деющие (БТЦ) и особо быстротвердеющие (ОБТЦ) цементы. Быстрее других достигает марочной прочности (за три дня) бетон на глинозе­мистом цементе, однако последний нельзя использовать при темпера­туре окружающей среды во,время твердения выше 30...35° С.

Рисунок 19 Влияние условий хранения на нарастание прочности бетона: 1 – постоянное водохранение; 2 – постоянное воздушное хранение; воздушное хранение после начального водного хранения: 3 – 3 сут.; 4 – 7 сут.; 5 – 14 сут.; 6 – 28 сут.

1.8 Тепловлажностная обработка бетона. Особенности зимнего бетонирования

При возведении монолитных конструкций на строительной площадке бетон твердеет в условиях, которые зависят от вре­мени года и климатических особенностей местности.

На рост прочности бетона большое влияние оказывают температурно-влажностные условия твердения. Снижение влажности воз­духа вызывает испарение воды с поверхности отформованно­го изделия, что приводит к обезвоживанию бетона, прекра­щению набора прочности в условиях дефицита воды (рис. 19) и формированию дефектной, водопроницаемой структуры.

Поэтому бетон необходимо хранить во влажном состоянии при нормальных условиях (температура 20 ± 2°С, влажность 95 - 98%) не менее 7 суток после бетонирования, а при более вы­соких температурах твердения до достижения 50—70% мароч­ной прочности.

Снижение температуры твердения, что имеет место при производстве бетонных работ в осенне-весенний период, вследствие снижения химической активности воды, заторма­живает процесс набора прочности (рис. 20), что в большей степени характерно для портландцементов с минеральными добавками ( ШПЦ, ППЦ). Установлено, что при понижении температуры до отрицательной (—5°С) твердение бетона очень замедленно продолжается за счет незамерзающей воды, со­держащейся в мельчайших порах (рис. 20).

Дальнейшее по­нижение до -10°С и ниже прекращает процесс гидратации. Последующее нарастание прочности при оттаивании бетона и набор марочной прочности зависят от происшедших структур­ных изменений в бетоне.

Если замораживание произошло сразу после укладки бетона в конструкцию, то дальнейшее повыше­ние температуры приводит к оттаиванию бетона и набору им заданной марки.

Если бетон замерз после набора той «крити­ческой» прочности, когда сформировавшаяся структура бетона уже способна к восприятию без разрушения давления замер­зающей воды, то потери конечной прочности будут малы. Зна­чительный недобор прочности (30-40%) может иметь место только при условии замораживания бетона на стадии форми­рования структуры, когда напряжения, возникающие от дав­ления льда, вследствие увеличения его объема по отношению к воде на 9% выше, чем прочность контактов между кристал­лическими продуктами гидратации.

Рисунок. 20 Нарастание прочности бетона на портландцементе в зависимости от температуры твердения

Для набора «критической» прочности, которая составляет в зависимости от марки бетона 25 - 50%, применяют комп­лекс мер:

- использование высокоэффективных быстротвердеющих портландцементов;

- снижение расхода воды затворения;

- введение специальных противоморозных добавок, обеспечи­вающих гидратацию вяжущего за счет понижения температу­ры замерзания воды;

- теплоизоляцию поверхности свежеуложенного бетона, приготовленного на подогретых заполните­лях или с применением противоморозных добавок (метод тер­моса);

- тепловую обработку с использованием энергии пара, нагретого воздуха или электрического тока.

Тепловую обработку применяют и при нормальных условиях твердения, когда хотят получить заданную прочность бетона в более ко­роткий срок.

Этот технологический прием используют при производстве сборного железобетона на заводах.

Наибольшее распространение получили следующие методы:

- термовлажностная обработка при нормальном и повышенном давлениях,

- электрообогрев,

- гелиообработка.

Термовлажностную обработку (ТВО) при обычном давле­нии проводят с использованием специальных герметичных камер, режим работы которых предусматривает повышение температуры до 70 — 95 °С в условиях насыщенного пара.

Весь процесс можно разделить на четыре основных этапа:

- предва­рительная выдержка бетона до начала схватывания;

- медлен­ный подъем температуры до максимальной заданной;

- выдерж­ка при этой температуре и последующее медленное охлажде­ние бетонных изделий.

Время выдержки и скорость подъема температуры зависят от

- активности применяемого минерального вяжущего,

- вида добавки,

- жесткости бетонной смеси.

При использовании шлако- и пуццоланового портландцементов, добавок пластификаторов и смесей с высоким водосодержанием время вы­держки и скорость подъема замедляют.

Применение быстротвердеющего цемента, добавок ускорителей и жестких смесей позволяет ускорить процесс схватывания и твердения бетона и, следовательно, уменьшить время выдержки, повысить ско­рость подъема температуры. Максимальная температура зави­сит от активности портландцемента (рис. 21).

Время изотермии определяется заданной прочностью бетона после ТВО, которая, как правило, составляет 50-70% марочной. Боль­шое влияние на качество пропаренного бетона оказывает пе­репад температуры и влажности, вызывающий перемещение воды и пара в бетоне, приводящее к разрыхлению структуры.

Рисунок 21 Кривые роста прочности бетона при пропаривании: а — для портландцемента; б — для шлакопортландцемента

Поэтому ускорение набора прочности бетоном с использова­нием ТВО приводит к формированию более дефектной струк­туры по сравнению с бетоном, твердевшим в нормальных температурно - влажностных условиях. Как следствие, это ведет к снижению его водонепроницаемости, морозостойкости и кор­розионной стойкости. В качестве теплоносителя при произ­водстве сборного железобетона можно также использовать про­дукты сгорания природного газа.

Повышение температуры ТВО выше 100 °С еще в большей степени ускоряет процесс твердения бетона. Так как гидрата­ция минерального вяжущего может протекать только в при­сутствии воды, то с целью предупреждения ее вскипания и испарения этот вид термообработки проводят при повышен­ном давлении.

Запаривают бетон в специальных герметичных камерах — автоклавах. Помимо ускорения твердения запари­вание приводит к дополнительному образованию кристалли­ческих соединений, повышающих прочность бетона до 50-100 МПа.

По автоклавной технологии получают цементные изделия, а также силикатные кирпичи и бетоны как плотные, так и ячеистой структуры — пористые.

В качестве вяжущего используют соответственно цемент или тонкомолотую смесь, состоящую из гашеной или негашеной извести и кремнезема.

Полный цикл автоклавной обработки состоит из пяти этапов:

- впуск пара и постепенный нагрев до 100 °С;

- повышение тем­пературы и давления пара до максимальных значений — соот­ветственно 175-203°С и 0,8-1,6 МПа;

- выдерживание изделий при заданных температуре и давлении;

- снижение дав­ления до нормального и температуры до 100 °С;

- остывание изделий до температуры окружающей среды.

В качестве источника тепла при производстве сборного железобетона и при зимнем бетонировании монолитных кон­струкций используют также энергию электрического тока.

Обогрев бетона может быть осуществлен или за счет прохож­дения электрического тока по металлической форме и армату­ре и перехода электрической энергии вследствие высокого электросопротивления стали в тепловую, или через свежеуложенный бетон между двумя электродами. В этом случае ра­зогрев бетона происходит в результате высокого электросо­противления самой бетонной смеси, содержащей жидкую фазу, насыщенную электролитами.

В летний период сложность получения качественного бе­тона с заданными свойствами связана с тем, что,

- во-первых, при перевозке наблюдается быстрое загустевание бетонной смеси, сопровождаемое потерей ее подвижности,

- во-вто­рых, высокая температура и низкая влажность воздуха вызы­вают интенсивное испарение воды с поверхности отформо­ванных изделий.

Поэтому перевоз бетонной смеси осуществ­ляют в специально оборудованных самосвалах с укрытием бетонной поверхности пленочными материалами или в бето­новозах. Для удлинения времени схватывания вводят добав­ки-замедлители твердения, или часть воды заменяют льдом. При приготовлении и укладке бетонной смеси на месте про­цесс твердения ускоряют, чтобы бетон успел набрать проч­ность до испарения воды путем введения добавок-ускорите­лей твердения или применения быстротвердеющего портланд­цемента. Поверхность бетона после схватывания покрывают слоем мокрого песка или опилок с последующей защитой их воздухо- и влагонепроницаемым пленочным материалом до набора бетоном 50—70% марочной прочности.

В практике строительства все шире используют гелиотер-мообработку железобетонных изделий, где в качестве тепло­носителя используют солнечную энергию. Для этого приме­няют или гелиоформы, фокусирующие энергию солнца, или специальные пленочные покрытия черного цвета. Интенси­фицировать этот процесс можно за счет комплексного исполь­зования термообработки в сочетании с быстротвердеющим цементом, добавками-ускорителями твердения.