Jaké podmínky jsou považovány za normální pro tvrdnutí betonu?

Otázka, při jaké teplotě lze beton nalít, je velmi důležitá, protože na tom do značné míry závisí nejen technické a provozní vlastnosti vytvrzeného monolitu, ale také obecná pravděpodobnost procesu vytvrzování. Beton litý při špatné teplotě nebo zmrzlý během tvrdnutí se může pokrýt trhlinami, vykazovat nižší pevnostní a trvanlivostní ukazatele ve srovnání se standardními a způsobit deformace nebo úplné zničení konstrukce nebo budovy.

Aby beton získal svoji návrhovou pevnost a zaručil dlouhou životnost, je velmi důležité dodržovat teplotní režim jak v době lití, tak po celou dobu zrání (28 dní). Optimální teplota vzduchu je kolem +20 stupňů. Ne vždy je ale možné tuto podmínku na stavbě splnit.

Poměrně často je nutné betonovat při teplotách pod nulou nebo se během práce náhle zhorší počasí. V takových případech se používají různé způsoby ohřevu betonu, do směsi se zavádějí protimrazové přísady, konstrukce se izoluje přímo na místě atd. Před použitím některého z těchto způsobů vytápění musíte pečlivě prostudovat jeho vlastnosti a podmínky realizace.

Proces zpevňování betonových konstrukcí

Aby bylo možné určit, do jaké teploty lze beton nalít, je nejprve nutné alespoň povrchně zvážit vlastnosti procesu vytvrzování monolitu. Reakce začíná probíhat mezi cementem a vodou v okamžiku míchání. Beton je v prvních hodinách ještě tekutý a dá se s ním pracovat, ale po několika hodinách začne tvrdnout, nejprve zhoustne a pak úplně ztuhne.

Proces interakce mezi vodou a cementem se nazývá hydratace. Hydratace probíhá ve dvou fázích: nejprve směs tuhne, poté tuhne. Na usazení se podílejí hlinitany, objevují se jehličkovité krystaly, propojené. Po 6-10 hodinách se tyto krystaly stanou jakýmsi rámem, kostrou. Beton začíná tvrdnout.

Celý proces tuhnutí může trvat od 20 minut do 20 hodin, což přímo závisí na okolní teplotě. Proces trvá nejdéle v chladném období – když je venku asi 0, beton začíná tuhnout po 6-10 hodinách, fáze trvá 15-20 hodin.

Minerály slínku v procesu tuhnutí reagují s vodou v roztoku a postupně vzniká silikátová struktura. Reakce vyvolává vzhled malých krystalů, jsou spojeny do jedinečné jemně porézní struktury. Jedná se o beton, který již na 28 dní získává značkovou pevnost a odolnost, aniž by změnil svůj tvar a strukturu.

Optimální teplota pro fázi kalení je také +20 stupňů, vlhkost – až 100%.

Odchylky od parametrů výrazně ovlivňují pevnost: úplné vyzrání monolitu trvá několik let (sada návrhové pevnosti však musí být dokončena 28 dní po nalití), rychlost tvrdnutí se mění s časem.

Vliv negativní teploty na tvrdnutí betonu

Jak bylo uvedeno výše, rychlost hydratace je velmi závislá na okolní teplotě. Při poklesu z +20 na +5 stupňů tedy dochází k tuhnutí v průměru 5x pomaleji. Dále, čím nižší teplota, tím pomalejší reakce. Když teplota klesne pod nulu, hydratace se úplně zastaví (voda jednoduše zamrzne).

V okamžiku zamrznutí má voda tendenci expandovat, což způsobuje zvýšení tlaku uvnitř betonového roztoku a destrukci již vytvořených krystalických vazeb. Struktura betonu je zničena a nelze ji v budoucnu obnovit. Kromě toho může led, který se objeví ve směsi, obalit velká plniva a zničit přilnavost k cementu. To vše výrazně zhoršuje tuhost konstrukce a snižuje pevnost.

Když voda rozmrzne, tvrdnutí pokračuje, ale struktura betonu je již deformovaná. Mohou se objevit delaminace, deformace, trhliny a může dojít k oddělení velkých výplní a výztuže od monolitu. Čím dříve čerstvě nalitý beton zmrzne, tím nižší bude indikátor pevnosti.

Za jakých podmínek by se beton neměl nalévat?

• Když je okolní teplota +5 C a nižší a nejsou plánována žádná opatření na zahřátí nebo zvýšení mrazuvzdornosti betonu.
• Mimo sezónu – když je teplota nestabilní, dochází k silným skokům jak ve značkách na teploměru, tak ve vlhkosti.
• Pokud teploměr ukazuje teplotu +25 stupňů nebo vyšší a vlhkost vzduchu je nižší než 50%. V takové době je lepší používat speciální cementy nebo neprovádět práci, protože proces hydratace proběhne velmi rychle: voda se odpaří a beton nebude mít čas získat pevnost, v důsledku čehož praskne, deformace , často se objevují peelingy apod.

• Lití betonu při teplotách pod nulou bez zahřívání po dobu nejméně 3 dnů až do +10-30 stupňů.
• Když je již beton se speciálními přísadami připraven a za oknem náhle začne tát nebo vlhkost vzduchu překročí 60 %, začne pršet atd.
• V případě nemožnosti určit optimální režim vytápění, nastavit zařízení, kontrolovat beton v chladném počasí. Mráz i přehřívání jsou totiž pro beton stejně nebezpečné.

Při jaké optimální teplotě lze beton nalít?

1. Od +5 do +20 stupňů jsou normální podmínky pro lití betonu připraveného podle standardní receptury.
2. Od nuly do +5 stupňů – výhradně s použitím speciálních přísad.
3. Od 0 do -20 stupňů – se speciálními přísadami a ohřevem.
4. Ideální podmínky jsou teplota betonu +30 a teplota vzduchu +20, vlhkost do 100 %.

Betonování v zimě

Může být nutné použít beton v chladném počasí v různých případech – když je nerentabilní zastavit stavbu na celou sezónu, v případě nouzových prací atd. S ohledem na škodlivý vliv teplot pod nulou na materiál a jeho technické vlastnosti je nutné beton zahřívat. Když je teplota uvnitř roztoku vyšší než teplota venku, může dojít k deformacím.

Beton se zahřívá, dokud není dosaženo kritického indikátoru pevnosti. Pokud takový údaj není v projektové dokumentaci, pak se hodnota bere jako 70 % návrhové pevnosti. Pokud existují požadavky na hodnoty odolnosti proti vodě/mrazu, pak je kritická pevnost 85 % návrhu.

Hlavní způsoby ohřevu betonu pro lití při mínusových teplotách:

• Zahřívání samotných komponent pro přípravu směsi.
• Použití efektu termosky.
• Realizace elektrického vytápění.
• Aplikace parního ohřevu.

Není tedy vůbec pochyb o tom, při jaké minimální teplotě lze beton nalít. Úkolem je optimálně připravit směs a předmět v souladu s pracovními podmínkami pro zachování technických vlastností materiálu a základních požadavků na pevnost, spolehlivost a životnost.

Nejjednodušší a nejlevnější možností je zahřát všechny komponenty používané k přípravě betonu. Jsou ohřívány tak, že v době nalévání betonu má minimální teplotu +35-40 stupňů.

Zahřívají se všechny materiály kromě cementu: drť/písek do +60, voda do +90, cement se prostě nechá chvíli v teplé místnosti (aby měl pokojovou teplotu). Poté smíchejte všechny komponenty a naplňte.

Termosková metoda

Tato možnost je relevantní v případě nalévání masivních konstrukcí. Dodatečné vytápění není zajištěno, ale pokládaná směs musí mít teplotu nejméně +10 stupňů (nejlépe více). Tento způsob spočívá v tom, že se nalévané směsi nechá během procesu chlazení získat kritickou pevnost.

Princip této metody spočívá v tom, že beton reaguje a začíná proces tvrdnutí, který je exotermický (tj. doprovázený uvolňováním tepla). Beton se tak samovolně zahřeje. Pokud jsou vyloučeny tepelné ztráty, beton se může zahřát až na +70 a více.

Bednění je spolehlivě chráněno tepelně izolačními materiály, které eliminují tepelné ztráty betonu, který je v procesu tvrdnutí. Voda nezamrzá, betonový monolit postupně nabírá pevnost, aniž by došlo k destrukci vnitřní struktury. Tato možnost se používá pro nalévání základů v zimě, je považována za nejjednodušší a nejekonomičtější, protože nevyžaduje použití žádného zařízení.

Elektrické vytápění betonové směsi

Při přemýšlení o teplotách, při kterých lze beton nalévat, mnozí považují elektrické vytápění za východisko ze situace. Zahřívání lze provádět několika způsoby: pomocí elektrod, indukční metodou a různými elektrickými topnými zařízeními.

Zahřívání elektrodami se provádí takto:

• Do čerstvě nalité směsi se zavedou elektrody.
• Poté se na elektrody přivede proud.
• Při průchodu proudu elektrodami se tyto ohřívají a předávají teplo betonu.

Proud musí být střídavý, protože konstantní způsobí proces elektrolýzy, který je doprovázen uvolňováním plynu. Plyn stíní povrch všech elektrod, výrazně se zvyšuje proudový odpor, v důsledku čehož se znatelně snižuje zahřívání. Pokud je výztuž položena do betonu, lze ji použít jako elektrodu.

Aby tato metoda fungovala, je nutné zajistit, aby se beton zahříval rovnoměrně a maximálně na +60 stupňů. Spotřeba elektřiny v takových případech obvykle nepřesahuje 80-100 kWh na metr krychlový betonového roztoku.

Indukční ohřev se používá poměrně zřídka, protože jeho implementace zahrnuje řadu obtíží. Tento typ ohřevu betonové směsi funguje na principu bezkontaktního ohřevu elektricky vodivých materiálů vysokofrekvenčními proudy. Takže kolem ocelové výztuže je navinut izolovaný drát a prochází jím proud. Objevuje se tedy indukce, výztuž se zahřívá a zahřívá beton. Spotřeba elektrické energie je obvykle 120-150 kWh na metr krychlový betonu.

Použití elektrických topných zařízení zahrnuje použití různých prostředků ke snížení negativního vlivu mrazu na proces hydratace směsi. Mohou to být například topné rohože, které se položí na beton a poté se připojí k síti. Nad zatopeným monolitem můžete udělat něco jako stan, nainstalovat dovnitř horkovzdušnou pistoli a zahřát.

Zde je důležité dbát na zadržování vlhkosti v betonu, aby nedocházelo k jeho vysychání během procesu ohřevu, což také negativně ovlivňuje kvalitu a pevnost, stejně jako chlad (při mrazu). Spotřeba elektrické energie (za předpokladu, že okolní teplota je cca -20 stupňů) je 100-120 kWh na metr krychlový.

Parní vytápění betonu v zimě

Když je okolní teplota na nule nebo níže, má smysl uvažovat o ohřevu betonu párou. Tato metoda je účinná zejména u tenkostěnných konstrukcí. Kanály jsou vytvořeny v bednění na vnitřní straně a přes ně se uvolňuje pára. Někdy se vyrábí dvojité bednění a pára prochází mezi dvěma stěnami. Trubky můžete nainstalovat do betonu a pak jimi vypouštět páru.

Pomocí této metody můžete zahřát beton až na +50-80 stupňů. Takto vysoká teplota a optimální vlhkost urychlují proces vytvrzování několikrát. Beton tedy za 2 dny při ohřevu párou získá pevnost podobnou tvrdnutí do týdne za normálních podmínek.

Jedinou nevýhodou této metody je značná investice času, financí a úsilí na její realizaci.

Použití přísad v chladném počasí

Dnes je velmi běžné použití nemrznoucích přísad a speciálních chemických urychlovačů pro tvrdnutí betonu. Nejčastěji jsou těmito přísadami dusitan sodný, chloridové soli, uhličitan vápenatý a další. Přísady výrazně snižují bod tuhnutí vody a aktivují hydrataci cementu (tím zvyšují bod tuhnutí betonu).

Přidáním přísad do směsi se lze vyhnout nutnosti zahřívání. Některá aditiva dokážou zvýšit odolnost betonu vůči mrazu natolik, že otázka, zda lze beton nalévat při teplotách pod nulou, vůbec nestojí za to: hydratace probíhá i při okolní teplotě -20 stupňů.

Ale přes všechny výhody mají přísady také některé nevýhody.

Na co je třeba pamatovat při zavádění přísad do betonu:

• Mají škodlivý vliv na výztuž – může začít proces koroze, proto je důležité zavádět přísady pouze do nevyztuženého betonu.
• Aditiva umožňují betonu získat pevnost rovnající se maximálně 30 % návrhové hodnoty a poté, když směs rozmrzne (při kladných teplotách), proces získávání pevnosti pokračuje. V tomto ohledu podle SNiP nelze přísady zavádět do betonu pracujícího pod dynamickým zatížením (kladiva, vibrační stroje atd.).

Hlavní typy nemrznoucích přísad:

1. Sulfáty aktivně uvolňují teplo a doprovázejí proces hydratace. Silně se vážou na špatně rozpustné sloučeniny, nelze je použít ke snížení bodu tuhnutí směsi.
2. Nemrznoucí směs – snižuje teplotu krystalizace kapaliny, zvyšuje rychlost tuhnutí roztoku, neovlivňuje rychlost tvorby struktur.
3. Urychlovače – zvyšují rozpustnost silikátových složek cementu, reagují s hydratačními produkty, vytvářejí bazické a podvojné soli, které snižují bod tuhnutí kapaliny v roztoku.

Nejběžnější nemrznoucí přísady:

• Uhličitan vápenatý (potaš) je krystalická látka, nemrznoucí složka urychlující tuhnutí a tvrdnutí. Snižuje pevnost betonového monolitu o 20-30%, proto se obvykle kombinuje se sulfidovo-kvasinkovou kaší (tetraboritan sodný) v koncentraci maximálně 30%.
• Tetraboritan sodný (sulfátovo-kvasinková kaše) je směsí vápenatých, sodných, amonných solí nebo lignosulfonových kyselin. Přísada se používá jako příměs do potaše a zabraňuje ztrátě pevnosti betonu.
• Dusitan sodný je krystalický prášek, toxická, požárně nebezpečná látka, používaná při stavbě vícepatrových budov, snadno se rozpouští, neničí výztuž, zvyšuje rychlost tuhnutí 1.5krát.
• Formiát vápenatý nebo sodný – používá se se změkčovadly v objemu ne větším než 2-6% hmotnosti roztoku. Přidává se během procesu hnětení.
• Čpavková voda je roztok čpavku v koncentraci 10-12%, nezpůsobuje korozi kovů a nezpůsobuje výkvěty.

Betonování v suchém, horkém klimatu

Beton nemá rád nejen mráz, ale ani horko. Když teplota vzduchu stoupne na +35 a více a vlhkost je 50%, voda se odpařuje příliš rychle, což způsobuje narušení rovnováhy voda-cement. Hydratace se zpomalí nebo úplně zastaví, a proto je třeba beton chránit před příliš rychlou ztrátou vlhkosti.

Ke snížení teploty směsi použijte vychlazenou (nebo zředěnou ledovou) vodu. Tím se zabrání rychlému odpařování vody během procesu pokládání směsi. Po určité době se směs zahřeje, proto je důležité zajistit těsnost bednění (aby se trhlinami neodpařovala voda). Bednění může také absorbovat vlhkost, a proto, aby se omezila přilnavost betonu a konstrukčního materiálu, je před litím ošetřeno speciálními směsmi.

Tuhnoucí beton je chráněn před přímým ultrafialovým zářením – povrch je pokryt plachtou (pytlovina) a povrch je vlhčen každé 3-4 hodiny. Během celých 28 dnů, kdy monolit nabývá na síle, může být nutné zvlhčení.

K ochraně betonu před teplem se často používá následující metoda: nad povrchem se vytvoří vzduchotěsný uzávěr z PVC fólie o tloušťce alespoň 0.2 milimetru.

Beton připravený podle receptury je schopen tuhnout, tvrdnout a získat všechny konstrukční vlastnosti při teplotě okolí +20 stupňů a vlhkosti asi 100%. Pokud jsou práce prováděny v mrazu nebo horku, je nutné dbát na opatření pro vytápění nebo chlazení, která zaručí pevnost a životnost hotové konstrukce.

Zpevňování betonu je proces tvrdnutí materiálu na 100 procent tvrdosti. Podle norem GOST by doba pro získání plné síly měla být 28 dní. Pokud teplotní podmínky splňují normy, 7. den dosáhne tvrdost betonu 70 procent.

Vytvrzování roztoku je proces, který je zpožděný v čase. I po dosažení 100 procent tuhnutí po 28 dnech se pevnost betonové konstrukce nadále mění. Za příznivých podmínek beton pokračuje v nabírání pevnosti po celý rok a může zlepšit své vlastnosti 1,5-2krát.

PŘÍKLAD: Beton třídy M-250, navržený pro maximální zatížení 262 kgf/cm 2, po roce tvrdnutí při teplotě v rozmezí od +5 do +25 0 C při měření pevnosti ukazuje, že jej lze zařadit mezi materiál třídy B25, který je schopen odolat zatížení 327 kg/cm2.

Proces tuhnutí betonu

Tuhnutí roztoku je složitá chemická reakce, při které se při kontaktu minerálů s vodou spustí proces hydratace. V důsledku přidání molekul vody k částicím slínku vzniká pevná monolitická látka. Specialisté na studium stavebních materiálů rozdělují proces dosažení plné připravenosti k použití s ​​litým roztokem do dvou fází – tuhnutí a vytvrzení.

uchopení

V této fázi se roztok přemění z polotekutého do pevného skupenství.

• Pro udržení materiálu v požadovaném stupni plasticity od okamžiku smíchání cementu s vodou až do ukončení lití do připravených forem se beton průběžně míchá. K tomuto účelu se používají speciální jednotky – míchačky betonu.
• Po nalití je roztok zhutněn uvnitř bednění a mechanický dopad na něj je zastaven. Bez míchání směs slínku aktivně reaguje s vodou a ztrácí svou pohyblivost.

Standardní směsi tuhnou za 24 hodin. Ztráta pohyblivosti materiálu je hlavním rozdílem mezi nastavením. Poté, co roztok zcela ztratí svou plasticitu, začíná proces tuhnutí v místě tuhnutí.

kalení

Tvrdnutí betonu je hlavní a nejkritičtější fází při vytváření železobetonové konstrukce. Při vytvrzovací reakci dochází ke konečné přeměně suchého roztoku spojeného s vodou na monolitický materiál, který je svou pevností podobný kameni.

Nárůst síly za den

Jak systematicky a efektivně tvrdne, ukazuje analýza stavu betonu, která se provádí v prvních pěti dnech od okamžiku lití. Obecně lze dosažení materiálního stavu vidět z následující tabulky:

Procento pevnosti je uvedeno v souladu s továrními parametry – procento je vypočteno ze 100% výrobcem deklarované pevnosti v parametrech 261 – 1310 kg/cm2. O kolik dní později nalitý roztok získá specifikované vlastnosti, závisí na poměru záměsové vody a směsi slínku. Pokud se ke čtyřem dílům suchého základu nepřidají dva, ale jeden díl vody, proces vytvrzování bude probíhat 2x rychleji.

Tabulka pevnosti betonu

Tabulka průměrných pevnostních zisků betonové malty při různých teplotách – doby tvrdnutí betonu do 100%.

křivka pevnosti betonu

Tvrdnutí ztuhlé betonové malty:

• ukazatel času za den – spodní vodorovná osa;
• procento vytvrzení roztoku – vertikální osa;
• teplota okolního vzduchu – horní vodorovná osa;
• dynamika nárůstu síly – křivky v obecné oblasti.

Některé teplotní režimy jsou zobrazeny na pravé vertikální ose, protože při teplotách pod 17 0 C roztok nestihne 28% vytvrdit za 100 dní.

Podmínky kalení

Jako každá jiná chemická reakce závisí tuhnutí a tvrdnutí betonu na podmínkách pro získání pevnosti. Mezi přirozené podmínky tuhnutí patří mezi specialisty na výrobu betonových konstrukcí teplota vzduchu a relativní vlhkost, která by měla být minimálně 80 %, ideálně 90 – 93 %.

Normální podmínky: specifikovaná vlhkost a teplota kolem 22 0 C. V zimních podmínkách může taková vlhkost snížit rychlost „stárnutí“ roztoku a dokonce zastavit proces tuhnutí až do sezónního zvýšení teploty vzduchu.

Přirozené tvrdnutí betonu lze ovládat pomocí dalších akcí:

1. Dávkování vody. Přidání vody do roztoku v poměru více než 3 díly vody k 5 dílům směsi slínku ovlivňuje stupeň pevnosti a vyvolává výskyt dutin uvnitř zmrzlé hmoty.
2. Složení roztoku. Směs slínku obsahuje cement, písek, drcený kámen/štěrk. Doba tvrdnutí roztoku a kvalita betonu závisí na poměrech, ve kterých jsou tyto prvky smíchány.
3. Je čas roztok promíchat. Při procesu ručního míchání a v automatických zařízeních se ze směsi slínku odpařuje voda. Pokud míchání pokračuje déle než 2 hodiny, pevnost betonu klesá.

Za různých podmínek se betonová malta chová odlišně. Pro přesný výpočet proporcí, načasování a výběru značky se doporučuje zapojit profesionály.

Nárůst síly v závislosti na teplotě

Vliv teploty na rychlost tvrdnutí je hlavním faktorem, který je třeba vzít v úvahu při výpočtu výroby železobetonových výrobků a konstrukcí.

• Při zvýšených teplotách se rychlost nárůstu pevnosti zvyšuje v důsledku zvýšení rychlosti hydratace. Zároveň při tvrdnutí betonu při teplotách nad +22 0 C se zrychluje odpařování vody z roztoku. Pokud jsou splněny standardy dávkování „směs/voda“, pomáhá to roztoku rychleji tuhnout a tvrdnout. Pokud ve vytvrzovacím roztoku není dostatek vody, vede to ke vzniku trhlin a dutin naplněných vzduchem.
• Při teplotách pod nulou voda v betonové směsi zamrzne a přestane vstupovat do hydratačního procesu. Tím se zastaví nárůst síly. Pokud je vytvrzovací teplota 0 – 16 0 C, dynamická viskozita vody se zvýší téměř 2x. Tato změna charakteristik snižuje rychlost tvrdnutí betonu.
• Optimální teplota vytvrzování je +18 – 22 0 C. Správně namíchaný a odležený roztok za normálních teplot vytvrdne za 28-30 dní a bude „zrát“ ještě několik měsíců a zlepší původně udávané vlastnosti.

Kontinentální klima běžné v Ruské federaci ne vždy umožňuje betonářům pracovat při normální teplotě, aby získali sílu. Konstrukce a výroba železobetonových výrobků v našich klimatických podmínkách vyžaduje urychlení procesu tuhnutí.

Jak urychlit tvrdnutí betonu

Metody pro urychlení nárůstu pevnosti betonu:

1. Použití speciálních druhů cementu.
2. Zahřívání tuhnoucího roztoku.
3. Použití přísad k urychlení tuhnutí.

Pro práci a výrobu v chladném klimatu je obvyklé upřednostňovat značky cementu se speciálními přísadami a hlinitým cementem. Tyto typy rychle tvrdnou díky přítomnosti speciálních přísad pro tvrzení – draslíku a chlorovodíku. Hlinitanový cement se vyznačuje vysokým přenosem tepla při „zrání“, a proto získává pevnost normální rychlostí i při teplotách blízkých 0 0 C.

Ohřev litého betonu se provádí pomocí tepelné izolace a speciálního vybavení – elektrod, drátů PSNV, IR zařízení a parních topných systémů. Jako speciální přísady se používá síran sodný, potaš, soda, chlorid vápenatý a železo.