Jak urychlit proces tuhnutí betonu?

Moderní beton bez použití speciálních chemických přísad je prostě nemyslitelný.

Jedním typem přísad jsou přísady, které ovlivňují tvrdnutí betonu. Zvažme, v jakých případech je potřeba urychlit nárůst pevnosti betonu, kdy je použití přísad opodstatněné a jak přísady vybírat.

Kdy je nutné použití urychlovacích přísad?

Jak víte, beton začíná smícháním cementu s vodou, pískem, drceným kamenem a různými přísadami. V tomto okamžiku se chemické sloučeniny rozpustné ve vodě obsažené v betonu začnou mísit s vodou za vzniku roztoku a začíná tvorba krystalické struktury betonu.

Proces má dvě hlavní fáze:

1. fáze nastavení, která za optimálních podmínek začíná po dvou hodinách a trvá asi hodinu (v této době je zachována pohyblivost roztoku);
2. fáze otužování, která začíná po ztuhnutí a trvá do dosažení návrhové pevnosti betonu (po 28 dnech za optimálních podmínek) a dále.

Obecně platí, že proces tvrdnutí a zpevňování betonu není lineární. Nejvyšší rychlost má hned po položení, pak postupně klesá

Důležité!

Za optimální podmínky pro tvrdnutí betonu a nárůst pevnosti se považuje teplota vzduchu od +18 do +22°C a vlhkost blízko 100%. Je třeba vzít v úvahu, že u tenkostěnných konstrukcí bude teplotou vytvrzování teplota okolí. Pokud uvažujeme velké monolitické konstrukce, teplota se měří v tloušťce betonu, protože tam je vyšší. Nárůst teploty je způsoben tím, že hydratační reakce probíhají s uvolňováním tepla a čím větší je struktura, tím více tohoto tepla.

V procesu nabírání síly prochází roztok fází tuhnutí, poté začíná fáze tuhnutí. Přibližně za 7–10 dní je dosaženo stahovací síly. Pro práci v mrazu je důležitým bodem dosažení kritické pevnosti (30–50 % návrhové pevnosti, stanovené projektovou dokumentací), po které již nízké teploty nepůsobí negativně na beton.

Při betonářských pracích tak musíte neustále čekat, až beton dostatečně ztvrdne, abyste mohli odstranit bednění, přejít k betonáži další úrovně konstrukce nebo zatížit hotovou konstrukci. V komerční výstavbě to může znamenat prostoje lidí a zařízení.

Urychlení tvrdnutí a zvýšení pevnosti betonu může být vyžadováno v následujících případech:

1. potřeba urychlit výstavbu;
2. zvýšení obratu bednění;
3. optimalizace pevnosti betonu;
4. výroba velkého množství kusového zboží;
5. betonáž při teplotách pod nulou, kdy kritické pevnosti betonu musí být dosaženo v krátké době.

Faktory, na kterých závisí rychlost tvrdnutí betonu

Graf ukazuje, jak rychlost, kterou beton získává pevnost, závisí na teplotě vzduchu.

Ale nejen teplota a vlhkost vzduchu ovlivňují rychlost, jakou beton získá pevnost. Ovlivňují také následující aspekty:

1. druh cementu podle složení;
2. mletí cementu;
3. čerstvost cementu;
4. přítomnost tepelného a vlhkostního ošetření;
5. poměr voda-cement roztoku;
6. přítomnost speciálních přísad ve směsi.

Metody urychlení tvrdnutí betonu

Dnes existuje několik základních metod, které mohou zkrátit dobu potřebnou k tomu, aby beton získal pevnost. Některé z nich se používají již delší dobu, jiné jsou modernější. Výběr konkrétní technologie závisí na mnoha faktorech:

1. konstrukční typ;
2. čas;
3. dostupnost určitých technologií nebo komponent;
4. rozpočet stavby.

V každém jednotlivém případě se volí jiný způsob.

Změna poměru voda-cement

Jedná se o jednu z tradičních metod.

Je známo, že zvýšení množství cementu a snížení množství vody ve směsi vede k rychlejšímu získání pevnosti a vyšší pevnosti betonu.

Poměr vody a cementu ve směsi tedy můžete snížit různými způsoby:

1. zvýšit hmotnostní podíl cementu ve vsázce konstantním množstvím vody;
2. použít cement vyšší jakosti;
3. snížit množství vody v betonové směsi.

V důsledku toho se však směs ukáže jako tužší, mohou nastat problémy s její homogenitou a zvýší se náklady na práci, čas a elektřinu na zpracování betonu. Během období počátečního nárůstu pevnosti se zvyšuje křehkost konstrukce.

Další nevýhodou tohoto přístupu jsou zvýšené náklady. Protože cement je nejdražší složkou betonové směsi, zvýšení jeho hmotnostního podílu zvyšuje cenu betonu.

Katalog produktů CEMMIX

CemPlast 5L

Univerzální superplastifikační a supervodu redukující přísada do betonu.

Tyto problémy lze vyřešit přidáním superplastifikátorů, které dokážou snížit množství cementu a vody ve směsi (úspora cementu může být 10–15 % bez ztráty pevnosti) a zachovat pohyblivost betonové směsi, i když voda-cement poměr se mění.

Aplikace speciálních cementů

Rychlost nabývání pevnosti betonu je pozitivně ovlivněna rychlým nasycením záměsové vody rozpustnými složkami cementu. Při rychlém nasycení probíhá krystalizační proces rychleji. Proto použití speciálních cementů, které rychle vstupují do hydratačních reakcí, urychluje vývoj pevnosti.

Jednak se jedná o jemně mleté ​​cementy nebo cementy, které prošly aktivační procedurou. Za tímto účelem podniky někdy nakupují speciální mlýny. Aktivace cementu se provádí běháním cementu s hrubým kamenivem v míchačce na beton (aktivace pomáhá i při použití starého cementu).

Za druhé, jedná se o cementy se speciálním složením:

1. roztoky na bázi speciálních rychle tvrdnoucích portlandských cementů ve stáří dvou dnů vykazují pevnost o 50 % větší než roztoky na bázi konvenčních cementů;
2. hlinitanové cementy umožňují betonu dosáhnout návrhové pevnosti již ve stáří tří dnů;
3. sulfoaluminátové cementy umožňují betonu dosáhnout požadované pevnosti během několika hodin.

Nevýhodou této metody je vysoká cena speciálních cementů, proto se používá pouze ve speciálních případech.

Tepelná a vlhkostní úprava

Procesy tvrdnutí betonu jsou přímo ovlivněny teplotou a vlhkostí. Za optimální se považuje teplota +18–22 °C a její zvýšení zvyšuje rychlost hydratačních reakcí, ale pouze v případě, že zůstává vysoká vlhkost.

Pro urychlení vývoje pevnosti lze beton zahřívat různými metodami (elektrody, infračervené záření), instalovat ohřívače a zakrývat, aby se udrželo teplo, které se uvolňuje při chemických reakcích. Všechna tato opatření se uplatňují i ​​při zimní betonáži.

Pro zjištění, jak rychle beton při zahřátí získá svoji návrhovou pevnost, se používá Van Hoffův vzorec, podle kterého při zvýšení teploty betonové směsi o 10°C (v rozsahu od 0°C do 100°C) se rychlost procesů zvyšuje 2–4krát. Teoreticky, pokud beton při optimální teplotě vzduchu získá pevnost za 28 dní, když je zahřátý na 60 °C a vlhkost je udržována na 90 %, návrhová pevnost bude získána za 8 hodin.

V praxi beton prochází při zahřívání třemi fázemi:

1. pomalé zahřívání na 60 °C (tři hodiny);
2. expozice při teplotě 60 °C (šest hodin);
3. postupné ochlazování (tři hodiny).

Celkem proces trvá 12 hodin, ale to je nesrovnatelné se 4 týdny.

Zajímavé!

Pravidlo funguje i v opačném směru: s klesající teplotou se procesy vytvrzování roztoku zpomalují. Takže při +10° C může získání konstrukční pevnosti trvat 2–3 měsíce.

Tepelná a vlhkostní úprava je považována za jednu z nejdostupnějších metod urychlení nárůstu pevnosti betonu, vyžaduje však speciální vybavení a v některých případech i cenu elektřiny. Kromě toho je nutné kontrolovat teplotu roztoku, aby se zabránilo vzniku teplotního gradientu, který může vést k praskání betonu.

Přidání mikrosiliky

Jedná se o jednu z moderních metod urychlení nabírání pevnosti betonu.

Microsilica je ultrajemný materiál na bázi oxidu křemičitého. Reaguje s jednou ze složek cementu – vápnem, poskytuje zvýšení pevnosti betonu ve stáří 1-2 dnů o 50-70%.

V tomto případě jsou dva problémy:

1. Mikrosilika je obtížně komerčně dostupná, protože se používá k výrobě speciálních komplexních přísad.
2. Mikrosilika má vysokou spotřebu vody. Při přidávání do směsi budete muset přidat vodu, ale problém je v tom, že přebytečná voda snižuje pevnost betonu. Proto se mikrosilika přidává do směsí spolu se superplastifikátory.

Aplikace speciálních urychlovacích přísad

Urychlovače tvrdnutí betonu jsou chemické přísady, které regulují kinetiku tvrdnutí betonové směsi. Jejich vlastnosti jsou upraveny ustanovením 24211 GOST 2008-4.1.2, podle kterého by takové přísady měly zvýšit pevnost betonu starého 30 hodin nejméně o XNUMX%.

Podstatou práce speciálních urychlovacích přísad je, že zvyšují smáčivost komponent, urychlují hydratační reakce a zajišťují zvýšenou homogenitu směsi.

V závislosti na tom, jak přesně přísady ovlivňují betonovou směs, jsou rozděleny do následujících typů:

1. přísady, které zvyšují rozpustnost složek betonové směsi, ale nereagují se složkami směsi;
2. přísady, které aktivují hydratační reakce;
3. přísady, které vstupují do výměnných reakcí s cementovými složkami za vzniku gelů hydroxidu vápenatého;
4. přísady, které podporují uvolňování tepla během hydratačních reakcí.

Všechny tyto typy přísad snižují také bod tuhnutí vody ve směsi.

Zajímavé!

Některé z těchto přísad se používají i při zimní betonáži, protože snižují bod tuhnutí vody v betonové směsi.

Nejběžnějšími přísadami urychlovačů jsou následující chemické sloučeniny (urychlovače):

Je však třeba mít na paměti, že takové přísady je nutné dávkovat velmi opatrně, protože mohou vést k výkvětům. Navíc chloridové soli (CaCl, KCl) a sírany způsobují korozi výztuže, a proto nejsou vhodné pro železobetonové výrobky.

Dalším typem aditiv jsou pěnotvorná a plynotvorná aditiva. Nasávají vzduch do betonové směsi a umožňují tak vznik pórobetonu (například pórobetonu). Nejčastěji se jako taková přísada používá hliníkový prášek, který za přítomnosti vody reaguje s cementem a vytváří hlinitan vápenatý, což je silný urychlovač tuhnutí betonu. Beton ztvrdne během několika minut a vznikne porézní materiál.

Komplexní urychlovací přísady

Abychom byli spravedliví, je třeba poznamenat, že v moderním stavebnictví se používají speciální chemické přísady, které nemají nevýhody urychlovacích solí.

Katalog produktů CEMMIX

Tekuté sklo Liqui, 5l

Univerzální ochranný impregnační prostředek na beton a jiné stavební materiály.

Lití betonu v chladném a horkém období vyžaduje speciální dovednosti a znalosti, protože. práce s cementovou směsí se stává komplikovanější a její doba schnutí se prudce zkracuje nebo prodlužuje. Změna rychlosti tvrdnutí betonu v závislosti na teplotě je způsobena zpomalením hydratačních procesů a zadržováním velkého množství kapaliny v tloušťce materiálu.

Pro urychlení tuhnutí a prevenci defektů se používají speciální konstrukční techniky, polymerní a nemrznoucí přísady.

Etapy zpevňování betonové konstrukce

Tuhnutí a tvrdnutí roztoků na bázi cementu je způsobeno jeho chemickou interakcí s vodou. Silikáty, hlinitany a aluminoferrity, které jsou součástí portlandského cementu, poskytují zvýšenou pevnost v různých fázích vytvrzování.

Rychlost chemických reakcí závisí na přítomnosti katalyzátorů (speciálních přísad) a teplotě.

Nastavení fáze

Složení cementového prášku zahrnuje trikalciumhlinitan (3CaO*Al2O3), trikalciumsilikát (alit, 3CaO*SiO2), dikalciumsilikát (belit, 2CaO*SiO2) a aluminoferrit. Na obou fázích vytvrzování se podílí alit, který zaujímá většinu hmoty portlandského cementu. Při smíchání s vodou a na začátku fáze tuhnutí generuje teplo, které zvyšuje rychlost reakce.

Aktivnější složkou cementu ve fázi tuhnutí je však hlinitan vápenatý. Během 24 hodin po smíchání intenzivně reaguje s vodou a vytváří primární vazby v betonu. Po vytvrzení hlinitan zcela ztrácí svůj vliv na pevnost cementu.

Fáze tuhnutí probíhá v prvních hodinách po odlití bednění. Rychlost, s jakou reakce začíná, a doba trvání procesu závisí na složení směsi a teplotě vzduchu. Při normální teplotě (+18. +22°C) beton tuhne za 2,5-3 hodiny. Z nich uplynou 1,5 až 2 hodiny před začátkem reakce a 1 hodina se stráví přímo tuhnutím.

Při poklesu teploty může být nástup reakce zpožděn o 4-8 hodin a její trvání se může zvýšit na 15-20 hodin.

V horkém prostředí probíhá nastavení aktivněji a začíná rychleji. Celý proces může trvat méně než 1-2 hodiny, z toho reakce je 15-20 minut.

Fáze kalení

Fáze tvorby betonového kamene začíná po dokončení tuhnutí. K vytvrzení materiálu dochází v důsledku odstranění volné vody. Část kapaliny se vypařuje do vnějšího prostředí a druhá se váže na molekuly silikátů a hlinitanů za vzniku stabilních komplexů. Aby nedošlo k narušení rovnováhy mezi vázanou a odpařenou vodou, je nutné zajistit optimální vlhkost a teplotu prostředí.

Hlavním činidlem ve fázi vytvrzování je alit. Belite zajišťuje postupné zpevňování materiálu během provozu: díky jeho vlastnostem může být pevnost materiálu po 2-3 letech až 250% pevnosti po vytvrzení.

Standardní doba zrání betonu

Standardní doba tvrdnutí betonu je 28-30 dní. Normální podmínky pro vytvrzování jsou teplota +15. +22°C a vlhkost 60-100%. Doba zrání závisí na podmínkách procesu, jakosti betonu a přítomnosti dalších přísad v roztoku.

Závislost doby nárůstu pevnosti na jakosti betonové směsi

Zvýšení pevnosti betonu v tlaku koreluje se zvýšením viskozity směsi. To znamená, že se zvyšující se jakostí materiálu se zkracuje doba tuhnutí a tvrdnutí.

Doba reakcí pro beton různých jakostí

Stupeň materiálu	Nastavení času, hodin	Doba kalení, dny
M100	3-3,5	Do 30
M200	2-2,5	14-25
M300	1,5-2	7-14
M400	1-2	4-7
M500	2-4

Doba vytvrzování závisí na složení směsi, vlhkosti, okolní teplotě a materiálu.

Značka a účel řešení také určují kritickou pevnost betonového kamene. Toto je hodnota, po jejímž překročení bude struktura pokračovat v tuhnutí po zmrazení bez ztráty výkonnostních vlastností. Tento indikátor závisí na značce takto:

• pro beton M100 a M150 odpovídá 50 %;
• pro M200, M250, M300 a M350 – 40 %;
• pro M400, M450 a M500 – 30 %;
• pro zatížené konstrukce (bez ohledu na značku) – 70%.

Pokud má vzorek přiměřenou úroveň pevnosti v tlaku v okamžiku zmrazení, pak budou mít změny teploty malý vliv na jeho pevnost. Při zmrazování v raných fázích tuhnutí bez použití nemrznoucích přísad klesá pevnost hotové konstrukce minimálně o 50 %. Například pro jakost M200 je kritický bod pevnosti 80 kgf/cm² nebo 8 MPa.

Nejčastěji se pro základy a zatížené konstrukce používají třídy betonu od M300. Odstraňování bednění ze standardních konstrukcí je povoleno po 4-5 dnech, pokud jsou mezi bednicími panely a betonem mezery. U podlah a schodů o délce nepřesahující 6 m se doba držení prodlužuje na 14 dní, u dlouhých schodů – až 28 dní. Mosty, přehrady a další kritické a silně zatížené stavby se udrží ve tvaru po dobu až 90 dnů.

Speciální přísady

Rychlé nebo příliš pomalé tuhnutí a tvrdnutí směsi snižuje pevnost betonu. Pomalé tuhnutí dále zvyšuje náklady na údržbu struktury. Pro úpravu rychlosti vytvrzování se používají přísady, které regulují kinetiku procesu.

Existují dva typy přísad, které regulují proces tuhnutí roztoku:

1. Zrychlování. Činidla tohoto typu zkracují dobu před tuhnutím o 30-40 %, urychlují tvrdnutí a zlepšují pevnostní vlastnosti materiálu. Přidávají se do směsi při průmyslovém ražení betonových výrobků, lití základů, podlah a jiných stavebních konstrukcí při nízkých teplotách. Nejlevnějšími urychlovacími přísadami jsou chlorid vápenatý a potaš (uhličitan draselný). Seznam oblíbených stavebních kompozic pro urychlení vytvrzování zahrnuje: Relaxor, Addiment B3, Fort-UP2, Pozzolit-100, Concrete-F atd.
2. Zpomalovat. Plastifikátory a zpomalovače tuhnutí mají pozitivní vliv na zpracovatelnost a pohyblivost malty. Používají se při dopravě betonu v mobilních domíchávačích, prodlevách ve výstavbě a zalévání konstrukcí při teplotách nad +25. +30°C. Plastifikační vlastnosti retardérů umožňují vyhnout se vibračnímu zhutňování při pokládání betonu s nízkou pohyblivostí. Nejběžnějšími retardačními přísadami jsou kyselina NTP, citrát a glukonát sodný, Linamix, SikaPlast 520 N, Frem Linas 200 atd.

Při lití při nízkých teplotách se používají nemrznoucí činidla. Snižují bod tuhnutí vody a zabraňují jejím fázovým přechodům při 0. +4°C.

V závislosti na druhu a koncentraci přísad umožňují pracovat s betonovou maltou při teplotách až -15. -25°C. Mezi mrazuvzdorná činidla patří dusitan sodný, dusičnan-dusitan vápenatý, močovina atd.

Zvýšení pevnosti betonu v závislosti na teplotě

Okolní teplota určuje rychlost reakcí, které tvoří betonový kámen. Zvýšená teplota vzduchu posouvá rovnováhu směrem k odpařování kapaliny, zatímco snížená teplota brzdí hydratační procesy v roztoku.

Při vysokých teplotách

V suchém a horkém vzduchu se voda rychleji odpařuje a zbývající tekutina nemusí stačit k plné hydrataci. V důsledku toho klesá spolehlivost konstrukce a její pevnost v tlaku v horní a střední vrstvě se výrazně liší.

Aby se zabránilo nerovnostem a rychlému vysychání, přidávají se do betonu zpomalující přísady a hotová konstrukce se během procesu tvrdnutí zvlhčuje.

Vysoká teplota a vlhkost se používají k výrobě standardních betonových výrobků v autoklávech. Takové podmínky zajišťují rychlé tuhnutí a maximální vytvrzení struktur.

V chladném počasí

Při nízkých teplotách roztok dlouho tuhne a pak zůstává po dlouhou dobu křehký ve srovnání s pevností značky. Chemické reakce probíhají až do teploty fázových přeměn vody.

Při záporných teplotách

Když okolní teplota klesne pod 0°C, voda zamrzne a hydratace v roztoku se zastaví. Když se vzduch ohřeje, proces vytvrzování se obnoví, ale pevnost konstrukce po přestávce se může snížit.

Nárůst pevnosti betonu při různých teplotách

Doba vytvrzení, dny	Podíl 28denní pevnosti dosažený za optimálních podmínek vytvrzování
	Při -3°С	Při 0°C	Při +5°C	Při +10°C	Při +20°C	Při +30°C
1	3	5	9	12	23	35
2	6	12	19	25	40	55
3	8	18	27	37	50	65
5	12	28	38	50	65	80
7	15	35	48	58	75	90
14	20	50	62	72	90	100
28	25	65	77	85	100

Tabulka ukazuje nárůst pevnosti materiálu jakosti M200 a M300.

Snížení viskozity roztoku

Během tuhnutí si betonový roztok zachovává svou plasticitu. Při pohybu ve stacionární nebo mobilní míchačce betonu směs vykazuje vlastnost tixotropie – snížení viskozity kompozice při konstantním dynamickém zatížení.

Příliš dlouhé míchání vede k „převaření“ betonu a snižuje strukturální pevnost hotové konstrukce. Aby se zachovala pohyblivost roztoku a zabránilo se negativním účinkům, do směsi se přidávají změkčovadla. Prodlužují dobu tuhnutí a tvrdnutí.

Není možné snížit viskozitu směsi ve fázi vytvrzování. Mechanické působení na tvrdnoucí betonový kámen vede ke vzniku defektů a praskání konstrukce. Dokud není dosaženo minimální přípustné úrovně pevnosti, tvrdnoucí beton by měl být chráněn před nárazy, vibracemi atd.

Závislost úrovně vývoje pevnosti na ukazatelích teploty materiálu

Nízká teplota přísad negativně ovlivňuje výkonnostní vlastnosti betonového kamene. Pokud se pro míchání použije studená voda a plnivo, následná údržba struktury nebude schopna zajistit pevnost značky.

Při teplotách pod 10°C se doporučuje ohřívat vodu používanou k výrobě. Pokud údaj teploměru odpovídá -5. 0°C nebo nižší, pak je nutné zahřát jemný plnič (říční písek).

Aby se zkrátila doba tuhnutí a náklady na ohřev betonu v bednění, jsou součásti ohřívány na maximální přípustnou úroveň. Maximální hodnota je určena složením a jakostí portlandského cementu. Při zahřátí nad tuto teplotu bude hotová směs reagovat méně intenzivně, což se projeví na pevnosti konstrukce.

Mezní teplota složek betonové malty

Druh cementu	Maximální teplota vody pro míchání, °C	Mezní teplota plniva, °C	Maximální teplota betonového roztoku po smíchání, °C
Hliníkové	40	20	25
Portlandský cement třídy M400 a vyšší

Doporučení pro urychlení procesu

Ne vždy je možné splnit nezbytné podmínky pro nalévání: v horkém a chladném počasí se teplota odchyluje od optimální nejméně o 15-20 ° C a vlhkost může být pod 60%.

Aby se zabránilo škodlivým účinkům nízké vlhkosti, vysokých a nízkých teplot, betonáři se uchylují ke speciálním metodám péče. Jedná se o ošetření horkou mokrou párou, použití teplého bednění, vkládání elektrod a topných drátů do tělesa betonového výrobku atd.

Při nalévání základů se stavitelé uchýlí k opatřením na ochranu betonu během fáze míchání, ale zřídka dodatečně zahřívají hotovou konstrukci. To je způsobeno skutečností, že založení budovy musí projít fázemi smršťování a stabilizace půdy. V tomto případě vzniklé vady neovlivní pevnost domu, ale budou odstraněny pomocí dodatečné vrstvy betonu.