Již od prvních řádků tohoto článku jsme nuceni říci, že termín „sušení betonu“ je zásadně nesprávný a kategoricky škodlivý. Jeho použití vede k tomu, že mnoho nezkušených amatérských stavitelů při lití betonových konstrukcí dělá fatální chyby, které vedou k přesně opačnému výsledku – místo monolitu, který může stát po tisíciletí, skončí s něčím amorfním, postrádajícím nosnost kapacitu a sílu.
Chemické a fyzikální základy pevnosti betonu
- Silikáty jsou směsí oxidů vápníku a křemíku.
- Hlinitany jsou směsí oxidů vápníku a hliníku.
- Hliníkové ferity – směs obsahuje oxidy vápníku, hliníku a železa.
Zvláštností slínku je, že v přítomnosti vody se jeho složky přeměňují z amorfní hmoty na krystalickou strukturu. Tento proces, při kterém se absorbuje voda a jako vedlejší produkt se uvolňuje teplo, se nazývá hydratační reakce. Má rychlost, která závisí na řadě vnějších faktorů – o nich budeme hovořit zde, ale o něco později. A prochází několika fázemi.
Ihned po přidání vody do cementu začne směs houstnout. V první fázi reakce jsou jejími nejaktivnějšími účastníky alumináty a aluminoferrity. Při jejich interakci s vodou se uvolňuje až 1500 J/g – pojivo se zahřívá, což vede k aktivaci procesu a začátku růstu jehličkovitých krystalů. Po 8-10 hodinách vyplní celý objem pojiva, tato krystalická struktura se nazývá aluminát. Po této době již betonová hmota zalitá do bednění nebo rozložená po podlahách (podlahový potěr) drží tvar a nerozteče se. Ale nemá pevnost a nosnost.
Cement ve druhé fázi tvrdne a získává pevnost. Což zahrnuje především silikáty. Proces je také doprovázen uvolňováním tepla, ale v menším množství – až 800 J/g. A proto vydrží déle. V této době je křehká struktura velkých jehličkovitých krystalů hlinitanu nahrazena malými silikátovými. Výsledkem je vytvoření jednotné (homogenní) struktury s malými póry v důsledku uvolňování vedlejšího produktu kyslíku zbývajícího v tuhnoucí hmotě.
Tvrdnutí cementového roztoku trvá v průměru 28 dní. Stanovená doba je velmi stabilní hodnota a lze ji měnit pouze pomocí speciálních technik, což výrazně zvyšuje cenu a složitost betonářských prací. Během této doby se získá pevnost v rozsahu od 55 do 80 procent strukturální pevnosti.
Během obou fází se objem nalévané hmoty zmenšuje s klesajícím množstvím vody, která reaguje. Obecně může smrštění lité betonové hmoty dosáhnout 30 %. Norma je hodnota ne vyšší než 10 %.
Takto beton ve skutečnosti získává na síle. Nemá to nic společného s banálním sušením, tedy odpařováním vody.
Co určuje pevnost betonu?
Schopnost odolat zatížení hmoty sestávající z diskrétních frakcí plniva a krystalického cementu, který je váže, závisí na mnoha faktorech. Tyto zahrnují:
- Správný průběh hydratační reakce.
- značky cementu.
- Značky plniva a jeho typ.
- Poměr množství pojiva a plniva.
- Rovnoměrné rozložení plniva po celém objemu lité konstrukce.
Klíčovými faktory ovlivňujícími hydratační reakci cementu jsou teplota a množství vody. Pro betonářské práce jsou stejně škodlivé jak silné mrazy, tak syčící horko. Především proto, že voda, hlavní činidlo, mění svůj stav agregace. Po zmrznutí nereaguje s cementovým slínkem, ale po přeměně na páru ji opouští do atmosféry. Optimální množství vody je od 50 do 70 % celé nalévané hmoty.
Čím vyšší stupeň cementu, tím více účinných látek obsahuje. Čím vyšší je rychlost reakce výměny vody a množství generovaného tepla. Například doba tvrdnutí betonu M300 v bednění může být o 3-4 dny kratší než při použití malty M200. Všechny ostatní věci jsou stejné. A tím více silikátových krystalů se tvoří během procesu získávání síly. Mříž z nich vyrobená je hustší a tudíž odolnější.
Plnivo se liší v síle a má také značku. Může v ní převládat drť vápencového původu nebo jiné usazené horniny. Beton na jeho bázi lze použít pro základy nízkopodlažních budov, obrubníků a dalších nepříliš kritických konstrukcí. Pro výškové budovy, mosty a další stavby se používá beton plněný sopečnými horninami – žula nebo čedič.
Značka plniva a pojiva se musí shodovat. Cement s vysokou pevností bude vytvářet nadměrné napětí a může způsobit selhání kameniva. A naopak – řešení s nízkou jakostí neudrží těžké a odolné plnivo. V obou případech bude konstrukce křehká.
Při betonářských pracích je velmi důležité dodržet poměr plniva a pojiva. Čím vyšší je kvalita cementu, tím méně je potřeba. Maximální poměr hmotnostních dílů je 1 ku 4 ve prospěch plniva. Pracovní hodnota je 1 až 8.
Pokud je cementu příliš mnoho, pak jak beton získává pevnost, intenzivně se smršťuje. Navíc krystaly vápníku, které tvoří zreagovanou hmotu, nejsou tak pevné. Chcete, aby byl váš betonový základ pevný? Přísně dodržujte doporučené poměry uvedené výrobcem na obalu.
Obrovskou roli při dosažení požadované konstrukční pevnosti litého betonu hraje správné umístění plniva v něm. Měl by být položen těsně a rovnoměrně. Při použití písku a lití podlahových potěrů to není příliš důležité – malé frakce jsou v husté hmotě tvrdnoucího cementu spíše neaktivní. Ale čím větší je drcený kámen, tím větší pozornost je třeba mu věnovat.
Aby bylo zajištěno, že leží těsně bez hromadění na dně bednění, používají se vibrační pěchy. U konstrukcí o tloušťce až metru je lze instalovat na povrch. Nejlepších výsledků dosahují hlubinné vibrátory, jejichž pracovní část vypadá jako velmi podlouhlá sbíječka. V krajním případě lze použít aktivní bodák s lopatou do celé hloubky. Ale tento proces vyžaduje velké fyzické úsilí.
Doba trvání procesu
Práce s litím betonu je nejen objemově velká a pracná, ale také zabere poměrně slušnou dobu. Protože ihned po naplnění bednění drcenou kamenocementovou hmotou je nutné projít fázemi tuhnutí a nabírání síly. Dokud nebudou dokončeny, nemůžete zahájit žádnou další práci.
Doba trvání procesu je špatně regulována. Pokud vám chybí dovednosti, mohou být tyto pokusy fatální. Úplné vytvrzení betonu M20 v bednění při teplotě 0 200 C trvá minimálně 21 dní.
Existuje však něco jako „regulační bezpečná lhůta“, po které lze bednění odstranit a lité konstrukce postupně zatěžovat. V tomto případě dosahuje litá hmota pevnosti 70-80%. Níže uvedená tabulka ukazuje údaje o postupu procesu pro beton třídy M400, získané prakticky.
| Období od okamžiku naplnění (den) | Průměrná teplota při práci (0 C) | |||||
| -3 | +5 | +10 | +20 | +30 | ||
| Síla z designu (%) | ||||||
| 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 | |
Tučně vyznačená data jsou přesně ty okamžiky, kdy můžete všechny konstrukce považovat za dostatečně pevné, aby unesly zatížení.
To znamená, že za krásného letního dne můžete začít stavět například stěny lázeňského domu pouhé tři dny po nalití betonu do základů. A pokud ještě dva dny strávíte demontáží bednění, pak se nemusíte vůbec o nic starat, vše bude stát jak má.
Takže pro ty, kteří s betonárskou prací začínají, nesnažte se nic uspěchat. Přirozený průběh procesu kompenzuje drobné chyby, jejichž spáchání je při absenci patřičných dovedností prostě nevyhnutelné.
Pochopení podstaty procesů, ke kterým dochází, když beton tuhne a získává sílu, umožní téměř každému nezávislému developerovi provést kvalitní lití základů nebo jiných konstrukčních prvků budovy. A zároveň získat výsledek docela slušné kvality.
Zveme vás na náš telegram!
Uveřejňujeme zde výběry projektů, možnosti krásných řešení interiérů venkovských domů, stavební tipy od hlavního architekta Domamo a další užitečné informace.
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:
- 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.
- 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.
- 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:
- Použití speciálních druhů cementu.
- Zahřívání tuhnoucího roztoku.
- 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.
