Tuhnutí a tvrdnutí betonu – užitečné informace o betonu od SMU152

Když beton interaguje s vodou, tvrdne a stává se cementovým kamenem. K ovlivnění tohoto procesu je však nutné pochopit, co se děje: jak dochází k vytvrzení, na jakých faktorech závisí. Studium fází hydratace umožňuje vědcům vytvářet přísady do betonu, které urychlují tuhnutí a zlepšují jeho vlastnosti.

Výhody používání doplňků

Podniky, které vyrábějí železobetonové výrobky nebo vyrábějí transportbeton, používají uvedené přísady a získávají hmatatelné výhody. Koneckonců, přísady vám umožňují:

• snížit spotřebu elektřiny a plynu, protože se snižuje doba napařování betonových výrobků;
• snížit mzdové náklady na vibrace;
• zvýšit rychlost balení bednění (formovací zařízení);
• šetřit cement;
• zlepšit vlastnosti transportbetonu a železobetonových výrobků.

Fáze tuhnutí betonu

Tato fáze trvá krátkou dobu – několik hodin. Jak dlouho bude nastavení trvat, závisí na okolní teplotě. Standardní teplota je 20 stupňů Celsia – to je tzv. návrhová teplota. Umožňuje betonu/cementu ztuhnout 2 hodiny po namíchání malty. Samotný proces tuhnutí trvá 1 hod. To znamená, že přibližně 3 hodiny po namíchání můžeme říci, že beton/cement ztuhl. Ale pokud je teplota 0 stupňů, trvá tato fáze 15-20 hod. A začátek tuhnutí na nulovou teplotu nastává 6-10 hod po namíchání směsi. Ale při vysokých teplotách je obraz opačný – napařování betonových výrobků ve speciálních komorách umožňuje urychlit tuhnutí na 10-20 minut.

V této fázi lze zabránit úplnému vytvrzení betonu/cementu. Koneckonců, roztok zůstává stále mobilní, a pokud jej neustále mícháte, proces tuhnutí se zpozdí – funguje tixotropní mechanismus. Proto je roztok dodáván v míchačce na beton, která směs nepřetržitě otáčí. Tím jsou zachovány jeho základní vlastnosti a vůbec se nesnižuje budoucí spolehlivost a pevnost betonu/cementu.

Nadměrné prodlužování doby rotace však negativně ovlivňuje kvalitativní charakteristiky betonu/cementu. Bohužel k takovým případům dochází – když okolnosti vyšší moci neumožňují nalít roztok do bednění a směs se musí míchat v míchačkách na beton po dobu 10-12 hodin. Takové situace jsou zvláště nepřijatelné v horkém počasí, protože vysoké teploty vzduchu přispívají k rychlému tuhnutí betonu/cementu. Nepřetržité otáčení zabraňuje ztuhnutí směsi, ale dochází v ní k nevratným změnám, které vůbec nezlepšují výkonnostní charakteristiky.

Fáze tuhnutí betonu

Jakmile je dokončena fáze tuhnutí betonu/cementu, začíná fáze tvrdnutí. Směs leží v bednění, ztuhla a nyní tuhne. Vzhledem k tomu, že normy uvádějí dobu vytvrzování 28 dní, mnozí se domnívají, že toto je poslední období. Ve skutečnosti proces tvrdnutí a získávání pevnosti transportbetonu nebo železobetonových výrobků trvá roky. 28 dní je regulovaná lhůta, která umožňuje použití betonových výrobků s určitou zárukou. Během těchto čtyř týdnů se pevnost betonu/cementu velmi dynamicky zvyšuje a poté dochází ke zvyšování tvrdosti pomalým tempem. To se děje díky složkám obsaženým ve směsi, které zajišťují její hydrataci.

Betonové komponenty

Při míchání cementové/betonové malty reagují její hlavní složky s vodou. Během fází tuhnutí a tuhnutí se jejich chování výrazně liší. Některé přísady reagují s tekutinou ihned po smíchání, jiné po chvíli a další nevykazují žádnou aktivitu. Zde jsou složky betonové/cementové směsi:

• trikalciumsilikát – C3S;
• dikalciumsilikát – C2S;
• trikalciumhlinitan – C3A;
• tetrakalcium aluminoferrit – C4AF.

Úloha trikalciumsilikátu

Minerál C3S (vzorec 3CaO x SiO2) pomáhá zvýšit pevnost betonu/cementu nejen během 28 dnů, ale i mnohem déle. I když samozřejmě nejvýrazněji se na pevnosti C3S podílí v prvním měsíci existence betonové nebo železobetonové konstrukce. Trikalciumsilikát generuje teplo, když se do směsi přidá voda, poté se ohřev na krátkou dobu zastaví a obnoví se, když začne fáze tuhnutí. Celá tato fáze zahrnuje uvolňování tepla a během procesu kalení teplota postupně klesá. Právě trikalciumsilikát hraje hlavní roli při získávání pevnosti stavebním materiálem, a to i přesto, že první den po namíchání směsi je v ní aktivnější další složka C3A.

Trikalciumhlinitan je nejrychlejší složkou

C3A (vzorec 3CaO x Al2O3) intenzivně pracuje od samého začátku fáze tuhnutí. V prvních dnech životnosti betonové/cementové konstrukce přispívá k rychlému nárůstu pevnosti – její reakční rychlost během doby tuhnutí je enormní. Ale prakticky se neúčastní fáze otužování a dalšího nabírání síly.

Dikalciumsilikát – pomocník ve fázi vytvrzování

C2S (vzorec 2CaO x SiO2) je neaktivní první čtyři týdny. Fáze tuhnutí a primární období tvrdnutí cementu probíhá bez jeho účasti. Na konci prvního měsíce aktivita jeho „příbuzného“ – trikalciumsilikátu – odezní. A dikalciumsilikát vstupuje do aktivní fáze. Jeho příznivý vliv na pevnost betonu/cementu přetrvává léta a přispívá k růstu této kvality. Mimochodem, období „hibernace“ C2S lze výrazně zkrátit, pokud se do směsi beton/cement použijí speciální přísady.

Inertnost tetrakalcium aluminoferritu

C4AF (vzorec 4CaO x Al2O3 x Fe2O3) je minerál, který nehraje prakticky žádnou roli při získávání pevnosti a tvrdnutí betonu/cementu. Teprve v posledních fázích tuhnutí má vliv na zvýšení pevnosti konstrukce. Dopad je však zanedbatelný.

Všechny tyto složky při míchání vstupují do chemické reakce s vodou. Tato reakce podporuje expanzi, soudržnost a precipitaci minerálních krystalů, takže hydratace betonu/cementu je krystalizací směsi.

Zlepšení kvality betonu

Řada laboratoří a ústavů podrobně studuje proces hydratace jako celek a jeho jednotlivé fáze. Díky tomu mohou výrobci ovlivnit mnoho ukazatelů:

• začátek a konec tuhnutí směsi;
• její pohyblivost;
• mrazuvzdornost;
• vodotěsnost;
• odolnost proti korozi;
• síla, atd.

Hlavní roli při uplatnění tohoto efektu mají speciální přísady do betonu/cementu. A moderní zařízení, které zajišťuje přesné dávkování a důkladné promíchání, pomáhá dosáhnout vynikajících výsledků v rovnoměrnosti složení beton/cement.

Doba schnutí betonu přímo ovlivňuje kvalitu, životnost a pevnost finálního nátěru. Proto je při pokládání bezpodmínečně nutné dodržovat všechny normy SNiP, které určují dobu tvrdnutí pro betonovou maltu různých jakostí. V průměru nátěr zcela ztuhne za 28-30 dní při teplotě +18-20 ℃.

Jaké jsou ovlivňující faktory?

Doba úplného vytvrdnutí a vytvrzení betonového roztoku závisí na značce materiálu, dodržovaných poměrech přísad, vlhkosti, teplotě, hustotě směsi a také na tom, jak přesně byla provedena technologie míchání a pokládky. Pokud do kompozice přidáte více štěrku, když povlak zaschne, přebytečná vlhkost rychleji zmizí.
Hlavními faktory jsou:

1. Okolní teplota: optimální podmínky – 20–22 °C. Při vyšších hodnotách beton tuhne mnohem rychleji. Intenzivní odpařování (ztráta vlhkosti) však může ovlivnit vznik dutin a v důsledku toho vznik trhlin.
2. Vlhkost: optimální podmínky – 80-100% vlhkost. Při nedostatečné vlhkosti je třeba betonový povrch pravidelně zalévat.
3. Značka betonové malty: je třeba dodržet složení a proporce. Pokud se do směsi přidá mnoho porézních složek, beton bude schnout pomaleji.

Tuhnutí, zpevnění, nárůst síly

Po nalití betonového roztoku nastávají dvě fáze: tuhnutí, kdy směs postupně houstne, a tvrdnutí, kdy povlak ztvrdne.

Co se stane během fáze nastavení?

Tato fáze netrvá dlouho, během první hodiny po nalití betonu. V této fázi dochází k hydratační reakci, která pomáhá materiálu získat potřebnou tvrdost.
Hydratace je chemická interakce mezi vodou a cementem, když jsou smíchány. V důsledku toho se tvoří krystaly hydrátu, roztok ztrácí svou původní plasticitu a stává se pevnějším.
Pevnost a rychlost tuhnutí jsou ovlivněny značkou cementu a správným poměrem přidávání vody.
U betonu jakosti M200 a M300 stačí jedna hodina pro tuhnutí za předpokladu, že okolní teplota není nižší než 18 stupňů. Čím nižší je teplota, tím déle bude trvat, než se povlak stabilizuje. V průměru to může trvat až 5 hodin. A při nulové teplotě nebo mrazu beton ztvrdne do 10 hodin.
Čím teplejší podmínky, tím rychlejší je rychlost tuhnutí, což znamená, že beton začne rychleji tvrdnout.

Fáze kalení

Bude trvat přibližně 28–30 dní, než se betonový roztok promění v odolný monolit. V měkkém stavu se směs chová stabilně a nehybně. V této době probíhají uvnitř krystalizační procesy. Pevnost povlaku závisí na době jeho tvrdnutí.
Při udržované teplotě beton získává pevnost:
do 3 dnů – až 40 %;
od 7 do 14 dnů – až 80 %;
28-30 dní – až 100 %.
Regulační dokumenty naznačují, že 28. den po nalití betonové základny můžete chodit po vytvrzeném povrchu.

Jak technologie výroby ovlivňuje rychlost schnutí betonu?

Pokud se do betonového roztoku přidá změkčovadlo, poměr vody a cementu v něm klesá. To vede k tomu, že se směs stává pohyblivější a rychleji tuhne.

Chcete-li urychlit proces sušení, můžete pravidelně zvyšovat teplotu o 10 stupňů, například vytápěním místnosti pomocí generátorů tepla. Prudký pokles teploty způsobí, že nátěr zcela přestane schnout.

Někdy se do betonu za účelem větší pevnosti přidávají látky, které urychlují tvrdnutí. Jsou to dusičnany, anorganické kyseliny a chloridové soli. V tomto případě je vždy nutné vzít v úvahu sezónnost, podmínky pro pokládku roztoku, vlhkost a okolní teplotu.

Pokud porušíte technologii výroby betonové směsi, nedodržujte proporce hlavních složek a přísad, mohou nastat problémy jako deformace nátěru a vznik trhlin. Takový základ nelze opravit. To znamená, že při nalévání je lepší se řídit požadavky SNiP.