Trvanlivost budov a konstrukcí z monolitického nebo prefabrikovaného betonu závisí na vlastnostech a vlastnostech stavebního materiálu, vlastnostech technologií používaných ve fázi výstavby nebo výroby železobetonových výrobků. Pevnostní vlastnosti betonu se formují ve fázích tuhnutí a tvrdnutí roztoku.V procesu interakce s vodou beton tuhne a tvrdne a mění se v cementový kámen. Studium fází procesu hydratace umožňuje ovlivňovat tuhnutí roztoku a měnit jeho charakteristiky pomocí technologií a přísad, které urychlují proces tuhnutí a zlepšují vlastnosti materiálu.
Fáze tuhnutí betonu
Tuhnutí řešení je krátkodobá fáze, která nastává obvykle do 20 hodin od okamžiku položení betonu. Tato doba se může lišit v závislosti na okolní teplotě. Při průměrném statistickém výpočtu při teplotě +2°C trvá betonové maltě 180 hodiny, než začne tuhnout, a 60 minut finální tuhnutí. Nastavení tedy trvá pouze 0 minut. Zcela jinak vypadá situace při snížení okolní teploty na 15°C. V tomto případě se doba tuhnutí zvýší na 20-6 hodin. Navíc je jeho nástup pozorován pouze 8-10 hodin po nalití. To dokonale odráží význam provádění stavebních prací pod širým nebem během teplého období. Zvýšení indikátorů teploty umožňuje zkrátit dobu tuhnutí na minimum. Například, aby tuhnutí během výroby železobetonových výrobků v napařovací komoře trvalo 20 až XNUMX minut.
Tuto fázi lze prodloužit a pravidelným mícháním zabránit vytvrzení betonu nebo cementu. Díky thixopropiovému mechanismu je tuhnutí zpožděno a roztok zůstává mobilní během přepravy. To je nezbytné při výrobě materiálu v míchačce na beton a také při jeho přepravě na různé vzdálenosti. Rotace směsi nemá negativní vliv na pevnost a další kvalitativní vlastnosti materiálu. Ke zhoršení vlastností betonu může dojít, pokud se rotace mobilního roztoku provádí po dlouhou dobu – více než 10 hodin. Tato doba může být ještě kratší v horkém klimatu a nízké vlhkosti.
Fáze tuhnutí betonu
Fáze vytvrzování nastává po vytvrzení. V tomto okamžiku je cementová malta v bednění nebo formě a nabývá na síle. Za tímto účelem je v souladu se stavebními zákony a předpisy stanovena lhůta 28 dnů. Po uplynutí doby stanovené předpisy mohou být výrobky, stěny a základy provozovány při standardním zatížení.
Betonové složení
Ve fázích tuhnutí a tvrdnutí betonového roztoku na chemické úrovni voda reaguje se složkami materiálu. V různých fázích se však jejich funkce výrazně liší. Některé reagují s kapalinou okamžitě, jiné později. Najdou se přitom i takové, které na vodu nereagují vůbec.
Komponenty betonu jsou následující prvky:
- C3S – trikalciumsilikát;
- C3A – trikalciumhlinitan;
- C2S – křemičitan vápenatý:
- C4AF – tetrakalciumhlinitý ferit.
Vytvrzení materiálu vzniká odstraněním volné vody. V tomto případě určitá část kapaliny tvoří stabilní komplexy, váží se na molekuly hlinitanů a silikátů, zatímco zbytek jejího objemu se odpařuje do vnějšího prostředí. Aby byla zajištěna rovnováha mezi částmi vody, které přicházejí do styku s živly, a částí, která se odpařuje, je nutné zajistit optimální teplotní a vlhkostní podmínky.
Jako hlavní článek působí minerál C3S – trikalciumsilikát 3CaO x SiO2, který se podílí na procesu zvyšování pevnostních ukazatelů po celou dobu. Chemická reakce hydratace cementu je v tomto případě izotermický proces, který je doprovázen významným uvolňováním tepla. C3S působí jako zdroj tepla pro cement při tuhnutí. Vývin tepla se zastaví, když roztok vstoupí do počáteční fáze tuhnutí. V tomto případě nedochází k zahřívání, dokud nezačne nastavování, poté se energie uvolňuje po celou dobu tuhnutí s následným poklesem ukazatelů teploty. Tento prvek nejvýrazněji přispívá k pevnosti výrobků a materiálů v prvních 28 dnech, které jsou určeny pro normální vytvrzování.
C2S je dikalciumsilikát 2CaO x Si02, který začíná svou užitečnou práci po měsíci, stejně jako trikalciumsilikát snižuje svou aktivitu. Poté, co zareaguje, však její účinek přetrvává roky.
C4AF 4 je posledním prvkem, kterým je aluminoferit vápenatý (4CaO x Al2O3 x Fe2O3. Z hlediska nárůstu pevnosti to není zdaleka nejdůležitější složka, která v zásadě dlouhodobě nereaguje. Teprve po letech projevuje se a má pozitivní vliv na tvrdost a pevnost betonové konstrukce.
Nejaktivnější ve směsi je C3A trikalciumhlinitan 3CaO x Al2O3. Díky jeho působení se síla roztoku zvyšuje v prvních dnech jeho životnosti.
Alite působí jako hlavní činidlo ve fázi vytvrzování. Beton se zároveň v budoucnu během provozu budov a konstrukcí zpevňuje a zvyšuje svou pevnost po vytvrzení o 200-250% díky dalšímu činidlu – belitu.
Doporučené teplotní hodnoty pro tvrdnutí betonu jsou v rozmezí od +15ºС do +22ºС. V tomto případě se indikátor vlhkosti může lišit od 60% do 100%. Doba úplného tvrdnutí je funkcí podmínek procesu, ve kterých hrají důležitou roli faktory jako jakost betonu a přítomnost dalších přísad v jeho složení.
Volba ve prospěch jedné nebo druhé značky cementové malty, která se používá pro stavbu monolitických budov a konstrukcí, jakož i pro výrobu železobetonových konstrukcí a bloků, vyžaduje korelaci v souladu s požadovanou dobou zdržení a teplotou okolí. .
S rostoucím stupněm pevnosti materiálu se mění doba potřebná k tuhnutí a vytvrzení. Pro roztok jakosti M500 je doba tuhnutí kratší než hodina, zatímco u nižších jakostí se tato doba pohybuje od 60 minut do 3,5 hodiny. Současně dochází k tvrdnutí betonu M100 za 28-30 dní, zatímco starší druhy cementu tvrdnou několikrát rychleji.
Třída roztoku určuje jeho konečnou kritickou pevnost, která určuje, jak moc bude konstrukce během následujícího provozu dále tvrdnout. V tomto případě beton M100 a M150 odpovídá 50 %, od M200 do M350 – 40 %, výše – 30 %. Nezatížené stavební konstrukce bez zohlednění stupně mají ukazatel 70 %. Za přítomnosti záporných teplot během doby tuhnutí bez použití přísad proti mrazu jsou indikátory pevnosti betonu 50%. V případě výstavby standardních konstrukcí na bázi betonu třídy M300 je povoleno odstranění bednění během tvrdnutí po 4-5 dnech. Zatímco při stavbě kritických staveb, jako jsou schody, se tato doba prodlužuje na 28 dní. Naložené výrobky a konstrukce, mezi které patří přehrady, mosty atd., jsou uchovávány v bednění po dobu až tří měsíců.
Speciální přísady – vlastnosti a účel
Rychlé i extrémně pomalé tuhnutí a tvrdnutí betonové malty negativně ovlivňuje její pevnostní vlastnosti. Nízká rychlost tvrdnutí navíc dále zvyšuje náklady spojené s údržbou konstrukcí. Aby bylo možné upravit rychlost procesu v požadovaném směru, aby bylo možné procesy regulovat v závislosti na individuálních cílech, cílech a podmínkách, používají se speciální přísady. V současné době existují dva typy nečistot, které umožňují regulovat kinetiku procesu kalení. Mezi nimi:
- urychlovače – nečistoty ve formě činidel, které mohou zkrátit dobu začátku tuhnutí o 30-40%. Tento typ přísady umožňuje nejen urychlit proces vytvrzování roztoku, ale také zlepšit jeho pevnostní vlastnosti. Jejich použití je důležité při lití základů a podlah budov a konstrukcí, ražení a výrobě betonových a železobetonových výrobků za podmínek nízké teploty. Cenově nejdostupnější materiály, které mohou urychlit dobu tuhnutí, jsou uhličitan draselný a chlorid vápenatý. Mezi oblíbené urychlovače vytvrzování patří Relaxor, Pozzolit-100, Addiment B3, Fort-UP2, Concrete-F a další;
- zpomalovače a různá změkčovadla pro proces tuhnutí mají pozitivní vliv na zpracovatelnost malty. Používají se při nutnosti dodání cementové malty na stavbu v mobilních míchačkách, technologických přestávkách při výstavbě budov a konstrukcí při teplotě vzduchu nad +25°C. Přítomnost plastifikačních vlastností retardérů vytváří podmínky, ve kterých je možné upustit od technologické etapy vibračního hutnění roztoku s nízkým stupněm mobility.
Nejoblíbenějšími a nejčastěji používanými retardačními přísadami ve stavebnictví jsou materiály jako citrát, NTP kyselina, glukonát sodný, SikaPlast 520 N, Linamix, Frem Linas 200 a další. Pokud se betonový roztok nalévá při nízkých teplotách vzduchu, používají se speciální nemrznoucí činidla. Jejich použití umožňuje snížit bod tuhnutí vody, čímž se eliminuje možnost jejích fázových přechodů při 0. +4°C. V závislosti na konkrétním druhu a stupni koncentrace nečistot v betonovém roztoku umožňují provádění stavebních prací s litím při okolní teplotě do -15. -25°C. Mrazuvzdorná činidla, která jsou dnes relevantní, zahrnují materiály, jako je močovina, dusičnan-dusitan vápenatý a dusitan sodný.
Praktické použití přísad do cementových malt přináší řadu výhod, mezi které patří:
- snížení nákladů na železobetonové výrobky během jejich výroby snížením nákladů na plyn a elektřinu používanou ve fázi paření;
- snížení nákladů na vibrace;
- zvýšení objemu výroby železobetonových výrobků v důsledku zvýšení rychlosti balení bednění nebo použitého formovacího zařízení;
- zvýšení pevnostních vlastností betonu;
- zvýšení doby trvání mobilního stavu betonu, jeho plasticity, umožňující přepravu roztoku na velké vzdálenosti, jakož i pokládku v podmínkách nízké teploty.
Použitím přísad mají výrobci možnost ovlivnit řadu ukazatelů a zlepšit kvalitativní vlastnosti betonu. Regulací hydratačního procesu je možné:
Tvrdnutí betonu. K normálnímu růstu pevnosti betonu dochází při kladných teplotách (15 °C) a konstantní vlhkosti.
Dodržení těchto podmínek je důležité zejména v prvních 10-15 dnech tvrdnutí, kdy beton intenzivně nabývá na pevnosti (obr. 18).
Aby byl betonový povrch chráněn před vysycháním, je pokryt pískem a pilinami a pravidelně je navlhčuje. Účinná je ochrana povrchu betonu před odpařováním vlhkosti pomocí polymerních filmů, bitumenu a polymerních emulzí.
V zimním období se tvrdnoucí beton chrání před mrazem různými způsoby: termoskou, kdy se ohřátá betonová směs chrání izolačními materiály, a zahříváním betonu během tvrdnutí (včetně elektrického ohřevu).
V železobetonových prefabrikátech se pro urychlení tvrdnutí betonu používá tepelná a vlhkostní úprava – ohřev při stálém udržování vlhkosti betonu sytou párou o teplotě 85-90°C. Zároveň se doba tvrdnutí železobetonových výrobků, dokud nedosáhnou konečné pevnosti (70-80 % pevnosti značky) se zkrátí na 10 hodin (při vytvrzování v přírodních podmínkách to vyžaduje 16 dne).
Obrázek 18 Křivky růstu pevnosti betonu:
1 – normální vytvrzení při 20°C; 2 — vaření v páře při 85 °C; 3 – úprava v autoklávu v syté páře při 175°C (tlak páry 0,8 MPa)
U silikátových betonů se používá autoklávová úprava v prostředí vysokoteplotní nasycené páry175. 200 0 C a při tlaku 0,8. 1,3 MPa. V tomto případě trvá proces kalení 8 hodin (obr. 10).
Pro urychlení nárůstu pevnosti betonu se používají rychle tvrdnoucí (BTC) a extra rychle tvrdnoucí (OBTC) cementy. Beton vyrobený z hlinitanového cementu dosahuje pevnosti značky rychleji než ostatní (za tři dny), ale ten nelze použít při okolní teplotě během tvrdnutí nad 30 °C.
Obrázek 19 Vliv skladovacích podmínek na zvýšení pevnosti betonu: 1 – stálá retence vody; 2 – trvalé uložení vzduchu; skladování vzduchu po počátečním skladování vody: 3 – 3 dny; 4 – 7 dní; 5 – 14 dní; 6-28 dní.
1.8 Tepelná a vlhkostní úprava betonu. Vlastnosti zimní betonáže
Při stavbě monolitických konstrukcí na staveništi beton tvrdne za podmínek, které závisí na ročním období a klimatických podmínkách oblasti.
Na zvýšení pevnosti betonu mají velký vliv teplotní a vlhkostní podmínky tuhnutí. Snížení vlhkosti vzduchu způsobuje odpařování vody z povrchu tvarovaného výrobku, což vede k dehydrataci betonu, zastavení nabírání pevnosti v podmínkách nedostatku vody (obr. 19) a vzniku defektního, vodopropustného struktura.
Proto musí být beton skladován vlhký. za normálních podmínek (teplota 20 ± 2°C, vlhkost 95 – 98 %) po dobu minimálně 7 dnů po betonáži a při vyšší teploty vytvrzení až do dosažení 50-70% pevnosti značky.
Snížení teploty tvrdnutí, ke kterému dochází při betonářských pracích v období podzim-jaro, vlivem poklesu chemické aktivity vody zpomaluje proces získávání pevnosti (obr. 20), který je typičtější pro portlandské cementy. s minerálními přísadami (ShPC, PPC). Bylo zjištěno, že při poklesu teploty na mínus (-5°C) tvrdnutí betonu pokračuje velmi pomalu díky nemrznoucí vodě obsažené v nejmenších pórech (obr. 20).
Další pokles na -10°C a níže zastaví proces hydratace. Následné zvýšení pevnosti při rozmrazování betonu a nastavení pevnosti závisí na strukturálních změnách, ke kterým v betonu došlo.
Došlo-li k zamrznutí bezprostředně po uložení betonu do konstrukce, pak další zvýšení teploty vede k rozmrzání betonu a jeho dosažení dané jakosti.
Pokud beton zmrzne po dosažení oné „kritické“ pevnosti, kdy vytvořená betonová konstrukce je již schopna absorbovat tlak mrazivé vody bez destrukce, pak bude ztráta konečné pevnosti malá. K výraznému nedostatku pevnosti (30-40 %) může dojít pouze tehdy, je-li beton zmrzlý ve fázi tvorby konstrukce, kdy napětí vznikající tlakem ledu v důsledku zvětšení jeho objemu vůči vodě jsou o 9 % vyšší než pevnost. kontaktů mezi krystalickými hydratačními produkty.
