Faktory ovlivňující rychlost vývoje pevnosti betonu

Beton je známý jako nejoblíbenější stavební materiál. Na jedné straně je jeho pevnost srovnatelná s pevností kamene, na druhé straně může být různá a beton samotný je mnohem poddajnější a snadněji zpracovatelný než kámen, materiál, ze kterého lze vytvářet předměty libovolného tvaru. . To objevili staří Římané, což se stalo skutečným průlomem, který vedl ke vzniku nových mistrovských děl světové architektury.

Hlavní charakteristikou betonu je jeho pevnost v tlaku, proto jsou při stavbě různých objektů informace o tom, jak beton získává pevnost, na čem závisí a jak lze manipulovat s různými parametry a faktory, aby se změnila rychlost, jakou beton nabývá pevnosti. velký význam.

Do této problematiky se zapojovaly a nadále zabývají různé výzkumné ústavy. V SSSR byla tato oblast velmi hluboce studována a dnes existují regulační dokumenty, které se používají v betonovém stavitelství. Dnes jsou kritéria pro pevnost betonu upravena takovými dokumenty, jako je SP 70.13330.2012 „Nosné a obvodové konstrukce“, SP 63.13330.2018 „Betonové a železobetonové konstrukce“.

Obecný popis procesu ošetřování betonu

Beton začíná cementem. Vzhledem k tomu, že cement je pojivo vytvrzující vodou, je smíchán s vodou za vzniku betonového těsta, čímž se spouští chemické hydratační reakce.

Základem cementu jsou následující minerály:

1. dikalciumsilikát,
2. trikalciumsilikát,
3. hlinitan vápenatý,
4. tetrakalcium aluminoferrit.

Při smáčení vodou vstupují do hydratačních reakcí, jejichž produkty jsou nové sloučeniny s krystalickou strukturou. Proto je tvrdnutí betonu krystalově-chemický proces.

Kromě cementu a vody obsahuje beton jemné a hrubé kamenivo. K jemným patří písek a k velkým patří struska, drť, štěrk, žulové síto a další. Zrnitost kameniva se volí podle projektu. Kamenivo funguje jako druh tuhého rámu a používá se ke zvýšení modulu pružnosti betonu a snížení jeho smršťování.

Proces získávání pevnosti betonu trvá určitou dobu. Dá se rozdělit do dvou hlavních fází – tuhnutí a tuhnutí.

Nastavení betonu

Za normálních podmínek nastává tuhnutí přibližně 2 hodiny po umístění roztoku do formy. Proces nastavení končí přibližně hodinu po jeho zahájení. Do doby, než beton ztuhne, je zachována jeho pohyblivost. Tato vlastnost se někdy používá, když je nutné hotový roztok přepravovat po dlouhou dobu: je smíchán a netuhne, dokud není možné jej přijmout. Příliš dlouhé míchání však snižuje kvalitu hotového výrobku, proto je nutné počítat s přepravními časy.

kalení

Po dokončení fáze tuhnutí začíná proces vytvrzování betonu. Rychlost tohoto procesu je nelineární: je nejvyšší na začátku kalení, ale postupně klesá, což je vidět na grafu.

Za normálních podmínek beton získá svou návrhovou pevnost za 28 dní, ale velmi pomalé zvyšování pevnosti pak může pokračovat po mnoho měsíců a dokonce i několik let.

Kritická pevnost a pevnost v odizolování

Kritická pevnost je pevnost, při které beton již není ovlivňován negativními vnějšími faktory, například nízkými teplotami.

Odbedňovací pevnost je pevnost, při které lze bednění odstranit.

Přesnou dobu trvání těchto fází určuje projektová dokumentace, ale obecně je kritická pevnost obvykle 30–50 % (méně často 70 %) projektované pevnosti a odizolování je minimálně 50 %, častěji 70–80 % konstrukční pevnosti.

Různé typy konstrukcí vyžadují různou pevnost bednění, nicméně se má za to, že u kritických konstrukcí by měl být beton v bednění alespoň jeden týden a u nekritických konstrukcí, které fungují pouze v tlaku (například pro slepé oblasti, potěry), stačí 3–5 dní a dosáhnou 30–40 % návrhové pevnosti.

Stanovení přesného časového rámce betonu pro dosažení odbedňovací pevnosti je velmi důležité, protože ponechání betonu v bednění příliš dlouho prodlužuje dobu trvání stavebních prací a jejich cenu a příliš brzké odbedňování vede ke zničení konstrukce.

Co určuje rychlost, jakou beton nabývá na síle?

Hlavní faktory ovlivňující nárůst pevnosti betonu:

1. druh cementu, jeho čerstvost, složení a přítomnost nečistot v něm;
2. směsný poměr voda-cement;
3. metody hnětení;
4. faktory prostředí (teplota a vlhkost);
5. přítomnost tepelného a vlhkostního ošetření;
6. pěchování a zpracování vibrací;
7. použití speciálních přísad.

Zvažte je podrobněji.

Druh a kvalita cementu

Cement je pojivo pro beton a jeho složení a kvalita přímo ovlivňují nárůst pevnosti.

Vyrábí se různé druhy cementů:

1. pomalé tuhnutí;
2. normální kalení;
3. rychle tvrdnoucí.

Rychlost tvrdnutí betonu smíchaného s různými druhy cementu bude různá.

Rychlost nárůstu pevnosti je také ovlivněna přítomností nečistot. Například u hlinitanových cementů působí přítomnost oxidu hořečnatého v koncentraci do 2 % jako urychlovač nárůstu pevnosti a ve vyšších koncentracích naopak aktivitu cementu snižuje.

Kromě chemického složení cementu a přítomnosti různých nečistot v něm ovlivňují proces získávání pevnosti takové parametry, jako je jemnost mletí, granulometrie a čerstvost.

Při míchání cementu s vodou má velký význam velikost povrchu zrn, která přicházejí do styku s vodou, tedy měrný povrch. Jemně mletý cement má na rozdíl od konvenčně mletého cementu (400–450 m/kg) vyšší měrný povrch – 300–350 m/kg, takže se rychleji zapojuje do hydratačních reakcí. Hrubě mletý cement se do hydratačních reakcí zapojuje pomaleji a obecně hůře; Po pár letech se v betonu nacházejí zrnka nezreagovaného cementu, která snižují jeho pevnost.

Čerstvost cementu je rozhodující pro kvalitu betonu. Cement při skladování, zejména ve vlhkých podmínkách, v otevřených obalech nebo volně ložený, reaguje s vlhkostí a oxidem uhličitým ze vzduchu a na jeho povrchu se tvoří vrstva pevných sloučenin, které snižují jeho aktivitu. Proto již po 3 měsících skladování jeho pevnost klesá u denních vzorků o 62 % a u vzorků starých 28 dní o 23 %. Rychle tvrdnoucí cementy se stávají běžnými po měsíci skladování při vysoké vlhkosti.

Zpracování cementu

Byly vyvinuty metody, které umožňují aktivovat starý cement a získat z něj odolný a vysoce kvalitní beton:

1. Mokrá aktivace cementu. Do míchačky betonu se vloží cement a hrubé kamenivo a také trocha vody. Při provozu stroje hrubá zrna kameniva drtí cement a zvyšují jeho aktivitu. Po 5 minutách přidejte zbývající složky a roztok promíchejte.
2. Vibrační aktivace cementu. Cement se mísí s pískem, současně je vystaven vibracím, díky čemuž se zvyšuje stupeň hydratace cementu a jeho aktivita se zvyšuje o 30–40 %.
3. Přidání plastifikátorů do betonu do roztoku. Tento jednoduchý krok umožňuje zvýšit aktivitu jakéhokoli cementu, dokonce i starého cementu, a získat z něj vysoce kvalitní beton.

Poměr vody a cementu

Chemické reakce jsou přesné procesy; Pro jejich správný postup je nutné, aby byly složky smíchány v určitých poměrech. U betonu se tomu říká poměr voda-cement. Obvykle je to 0,3, ale pokud smícháte cement a vodu v takových poměrech, dostanete velmi tvrdou směs, která se obtížně zpracovává. Je obtížné položit takovou směs těsně, bez tvorby dutin a velkých pórů, které snižují pevnost produktu. Proto se poměr voda-cement obvykle považuje za 0,45–0,55.

Pro zvýšení zpracovatelnosti betonu a dosažení snadného použití se používají plastifikátory, které zvyšují zpracovatelnost třídy až o 4 body bez přidání vody.

Proč do směsi nemůžete přidat vodu a udělat ji poddajnější?

Čím je vodný roztok nasycenější, tím rychleji a lépe dochází ke krystalizaci, tedy tuhnutí betonu. V souladu s tím, čím méně je roztok nasycený, tím pomaleji bude beton získávat pevnost, ale problém je v tom, že část vody zůstane v nezreagovaném stavu. Postupem času se odpaří a zanechá v betonu dutiny a póry, což sníží jeho pevnost. Proto je použití plastifikátorů, které radikálně zlepšují kvalitu betonu a umožňují hodně ušetřit na nákupu cementu, nejlepším způsobem, jak zvýšit zpracovatelnost směsi a pevnost výrobku.

Zjistěte, jak ušetřit na cementu: Plastifikátory

Faktory prostředí, podmínky vytvrzování

Podle regulačních dokumentů jsou optimálními podmínkami pro tvrdnutí betonu teplota vzduchu v oblasti 18–22 °C a vysoká vlhkost vzduchu (asi 100 %).

Změna těchto parametrů ovlivňuje rychlost vývoje pevnosti betonu následovně:

1. zvýšení teploty a vlhkosti zvyšuje rychlost, kterou beton získává pevnost;
2. snížení těchto parametrů jej snižuje.

Vliv teploty na tvrdnutí betonu

Pokud při teplotě 20 °C začne nastavování do dvou hodin, což trvá jednu hodinu, pak při okolní teplotě asi 0 °C začne nastavování po 6–10 hodinách a bude trvat 15–20 hodin.

S klesající teplotou vzduchu klesá rychlost nárůstu síly, což se projevuje v grafu.

Harmonogram tvrdnutí betonu v závislosti na teplotě

Níže uvedená tabulka jasně ukazuje, že při teplotách pod 0 °C se tvrdnutí betonu prakticky zastaví.

Vysoká teplota vzduchu naopak zvyšuje rychlost, kterou beton získává pevnost. V rozsahu od 0 do 100 °C se s každým zvýšením teploty o 10 °C rychlost tuhnutí zvyšuje 2–4krát, proto při teplotě 60 °C trvá vývoj návrhové pevnosti 8–12 hodin 28 dní (v praxi mohou tyto procesy trvat o něco déle).

Znalost toho, jak teplota ovlivňuje vývoj pevnosti betonu, pomáhá stavitelům řešit různé problémy. Zimní betonáž provádějte například při mínusových teplotách a pořiďte si kvalitní beton.

Praktikují se různé metody:

1. Použití urychlovacích přísad, které umožňují betonu rychle tuhnout a získat kritickou pevnost.
2. Použití nemrznoucích přísad, které zajišťují tvrdnutí betonu i při teplotách pod nulou.
3. Způsoby ohřevu a zahřívání betonu, aby se zabránilo zamrznutí roztoku.
4. Metoda termosky, která se používá u masivních konstrukcí. Tvrdnutí betonu je exotermická reakce doprovázená uvolňováním tepla. Množství tepla generovaného masivní konstrukcí může být dostatečné k jejímu zahřátí, dokud nedosáhne kritické pevnosti. Jen je potřeba zajistit tepelnou izolaci pomocí speciálních izolačních materiálů.
5. Kombinace různých metod. Použití nemrznoucích a urychlovacích přísad umožňuje zkrátit dobu ohřevu nebo nahřívání betonu a ušetřit energii.

Metody nebo kombinace metod jsou vybírány na základě projektu, konkrétních podmínek, dostupnosti vybavení a kvalifikované pracovní síly.

Betonování za zvýšených teplot umožňuje velmi rychlou stavbu konstrukcí, ale hrozí zde nebezpečí teplotního gradientu v důsledku příliš velkého rozdílu teplot betonu na povrchu a v hloubce.

Pokud je rozdíl teplot na povrchu a v hloubce konstrukce 20–30 °C, existuje možnost prasknutí betonu. Tato situace může nastat při betonování masivních konstrukcí vlivem vznikajícího tepla. Teplota v tloušťce betonu může být 50–80 °C a na povrchu je beton mnohem chladnější, proto je třeba teplotu betonu v tloušťce řídit, k čemuž jsou ponechány speciální technologické otvory ve vzdálenosti ne více než 8 m od sebe, kde se teplota měří první den každé 1–2 hodiny, poté každých 8 hodin.

Pro snížení teploty konstrukce se na povrch betonu nalévá studená voda, která snižuje teplotu betonu o 1–2 °C za hodinu, u některých typů konstrukcí ne více než 12–13 °C za hodinu. den; tato informace je uvedena v předpisech.

Vlhkost

Pro správné vyzrání betonu má velký význam také vlhkost okolního vzduchu. Aby proběhly kvalitní procesy, musí to být téměř 100 %. Při vlhkosti vzduchu pod 40% se tvrdnutí betonu zastaví, protože vysychá, a při nedostatku vody nemůže dojít k hydratačním reakcím.

Nejlepší podmínky pro to, aby beton získal pevnost, je tvrdnutí ve vodě. Kontinuální stárnutí betonu ve vodě je příznivé pro intenzivnější nárůst modulu pružnosti než při tvrdnutí na vzduchu.

V prvních 2–3 dnech po položení betonu je vhodné jej 2–3krát zalít vodou a poté, aby byl chráněn před odpařováním vlhkosti, přikrýt vodotěsnými materiály (fólie, plachta nebo vrstva vlhkého písku) .

Co se stane, když neprovedete tepelnou a vlhkostní úpravu betonu a nehlídáte okolní teplotu

Bez údržby beton stále získá pevnost. V podmínkách negativních teplot zmrzne, ale po rozmrazení na jaře bude nadále získávat sílu. Pevnost a kvalita betonu však bude nižší než navržená.

Při nízké vlhkosti beton také získá pevnost, ale kvůli vysychání roztoku neproběhnou hydratační reakce v plném rozsahu, což také negativně ovlivní pevnost a kvalitu hotového výrobku.

Složení betonové směsi. Aplikace přísad

Přírůstek pevnosti betonu lze ovlivnit přidáním různých chemických sloučenin do směsi.

Při stavbě staveb, stavbě domů, budov, staveb je jedním z důležitých parametrů pevnost materiálu. Beton se značí na základě laboratorních zkoušek, podle regulačních dokumentů – GOST a TU, a také pomocí nedestruktivních metod.

Třída a značka stavebního materiálu určují rozsah jeho použití. Znalost faktorů ovlivňujících pevnost betonu umožňuje vybrat vhodnou směs a postavit spolehlivou a odolnou budovu.

Klasifikace betonu podle pevnosti

Pro označení pevnostních charakteristik betonu existují dva pojmy: třída (M) a třída (B).

Třída je průměrná hodnota zjištěná v laboratoři a udává objem cementu ve směsi. Třída betonu ukazuje maximální zatížení materiálu, nad kterým začne destrukce. Značka a třída jsou propojeny. Se znalostí jednoho parametru je snadné určit další pomocí speciálních tabulek.

Zkoušky betonových malt se provádějí nejen v laboratořích, ale i na stavbách, čímž se kontroluje dodržení deklarované pevnostní třídy.

Pevnostní testy

Laboratorně lze spočítat, jak se bude betonová konstrukce chovat po letech při zatížení. K tomu se provádějí testy na prototypu. Jedná se o kostku, délka stran je 150 cm Beton je vystaven destruktivním účinkům, simulujícím prostředí:

• Odsazení. To se provádí pomocí kulového kladiva a speciálního razítka.
• Dělení a sekání. Kovová tyč je zapuštěna do vzorku a poté vytažena.
• Elastický odskok. Nedestruktivní metoda pomocí Schmidtova kladiva.

Rozšířil se ultrazvukový test založený na měření rychlosti šíření akustických vln a závislosti hustoty konstrukce na tom.

Faktory ovlivňující pevnost betonu

Stavební směs obsahuje cement, vodu a přísady. Síla hotového výrobku závisí na:

• Cementová činnost. Parametr je základní a je stanoven 28 dní po výrobě kontrolního vzorku. K tomu změřte jeho maximální pevnost v tlaku. Činnost je ovlivněna chemickým složením, čerstvostí, nečistotami a mletím.
• Poměr cementu a vody. Čím je roztok vlhčí, tím je plastičtější. Je snadné pracovat s roztokem nasyceným vodou, neobjevují se dutiny, ale síla takové směsi je nižší.
• Typ plniva. Hrubé, nepravidelně tvarované materiály mají lepší přilnavost. Jako plnivo se používá písek, drcený kámen a štěrk.
• Metoda hnětení. Vibrační aktivace zahrnuje současné míchání všech složek směsi mokrou metodou, písek se přidává postupně. Kvalitní míchání je klíčem k vysoké pevnosti hotového betonu.
• Vnější podmínky. Pevnost betonové směsi se s časem zvyšuje a dosahuje maxima po 28 dnech. Teplota vzduchu by měla být mezi +15 a +20 ℃. Beton tvrdne při vysoké vlhkosti – 90-100%. Tento parametr je nutné přísně dodržovat. Vliv má i dusík používaný k chlazení roztoku. Tato technologie se používá při velkých stavebních objemech.
• Posílení. Vyztužení kovovým rámem výrazně zvyšuje odolnost betonu. Objemové vyztužení pomocí přísad, jako je vlákno, zvyšuje pevnost konstrukce.

Dalším důležitým parametrem ovlivňujícím pevnost betonové směsi je hustota. Od toho se odvíjí i další kvality hotového výrobku, jako je voděodolnost a mrazuvzdornost. Správně připravený beton může zajistit vysokou spolehlivost a trvanlivost konstrukcí.

Objednejte si produkt

Název: Co určuje pevnost betonu?