Сколько застывает бетон в опалубке

Гидратация является процессом, который подвержен влиянию температуры, влажности воздуха и состава бетонной смеси. Создание оптимальных условий позволяет добиться равномерного и полного отвердевания бетона, что, в свою очередь, обеспечивает ему необходимую прочность и устойчивость к воздействию внешней среды.

Сколько сохнет бетон

Сразу необходимо подчеркнуть, что термин «засыхание бетона» является в корне неверным и может привести к серьезным ошибкам, особенно среди начинающих строителей. Его неправильное использование может стать причиной того, что многие неопытные строительные работники, при заливке бетонных конструкций, делают фатальные ошибки, в результате которых вместо прочного монолитного фундамента они получают неопределенную массу, не обладающую необходимыми несущими способностями и прочностью.

1. Силикаты — это смеси окислов кальция и кремния.
2. Алюминаты — смеси окислов кальция и алюминия.
3. Алюмоферриты — это смеси, содержащие окислы кальция, алюминия и железа.

Одной из характерных особенностей клинкера является то, что, находясь в составе с водой, его компоненты переходят из аморфного состояния в кристаллическую структуру. Данный процесс, в ходе которого вода поглощается, а тепло выделяется как побочный продукт, называется реакцией гидратации. Скорость этой реакции зависит от ряда внешних факторов, и описанные далее этапы помогут лучше понять ее влияние на процессы с твердения бетона.

С момента добавления воды в цемент начинается процесс загустевания смеси. На начальной стадии реакции наиболее активными участниками являются алюминаты и алюмоферриты. В процессе их взаимодействия с водой выделяется до 1500 Дж/г, что приводит к нагреванию связующего вещества и активизации процесса, в результате чего начинают образовываться иглоподобные кристаллы. Через 8-10 часов такие кристаллы заполняют всю массу связующего, при этом образуется так называемая алюминатная структура. После окончания этого времени бетонная масса, залитая в опалубку или распределенная по поверхности (например, в стяжке пола), уже сохраняет приданную форму, но на этом этапе она все еще не обладает необходимой прочностью и несущей способностью.

Процесс застывания и формирования прочности происходит на втором этапе, причем основным действующим веществом в этом процессе являются силикаты. Данная стадия также сопровождается выделением тепла, но в меньших объемах — около 800 Дж/г. Этот этап длится дольше. В это время происходит замена крупных алюминатных кристаллов на мелкие силикатные. В результате образуется однородная (гомогенная) структура с мелкими порами, которые образуются в результате выделения воздуха, оставшегося в застывающей массе.

Застывание цементного раствора, как правило, продолжается в среднем 28 дней. Эта цифра является весьма стабильной, и изменить ее можно лишь при применении специальных методов, что в свою очередь ухудшает экономическую целесообразность бетонных работ. За указанный временной промежуток бетон набирает прочность от 55 до 80% от проектной нагрузки.

В ходе обоих этапов происходит уменьшение объема залитого бетона, поскольку вода, вступившая в реакцию, уходит. Общее уменьшение может составлять до 30%, но нормой считается показатель не выше 10%.

Таковы реальные детали процесса набора прочности бетоном, который не имеет ничего общего с обычным высыханием и испарением воды.

От чего зависит прочность бетона

Прочность бетона, а именно его способность воспринимать нагрузки, состоящую из дискретных фракций наполнителя и связующего, зависит от множества факторов. К числу таких условий относятся:

• Правильное протекание реакции гидратации.
• Марка используемого цемента.
• Марка и вид наполнителя.
• Соотношение между количеством связующего и наполнителя.
• Однородность распределения наполнителя по объему заливаемой конструкции.

Ключевыми факторами, определяющими скорость реакции гидратации цемента, являются температура и количество воды. Для выполнения бетонных работ одинаково вредны как сильные морозы, так и высокие температуры. Это связано в первую очередь с тем фактом, что вода, выступающая основным реагентом, меняет свое агрегатное состояние. При замерзании она не может вступать в реакцию с цементным клинкером, а превращаясь в пар, уходит в атмосферу. Оптимальная пропорция воды составляет от 50 до 70% от общего веса смеси.

Чем выше марка цемента, тем больше в его составе активных ингредиентов. Это, в свою очередь, приводит к увеличению скорости реакции замещения воды и к большему количеству выделяемого тепла. Например, время схватывания бетона марки М300 в опалубке может быть на 3-4 дня меньше по сравнению с использованием раствора марки М200, при прочих равных условиях. Плюс к этому в процессе набора прочности образуется больше силикатных кристаллов, что приводит к более плотной и прочной структуре.

Наполнитель может иметь различную прочность и также имеет свою марку. В его составе может преобладать щебень из известняковых или осадочных пород. Бетон, изготовленный на основе такого наполнителя, может использоваться для фундаментов малоэтажных зданий, бордюров и других не слишком ответственных структур. Для возведения высотных зданий, мостов и прочих ответственных сооружений применяют бетон с добавлением наполнителей из более прочных вулканических пород, таких как гранит или базальт.

Важно, чтобы марки наполнителя и связующего соответствовали друг другу. Высокопрочный цемент может создать избыточное напряжение и привести к разрушению наполнителя. С другой стороны, раствор с низкой маркой не сможет удерживать тяжелый и прочный наполнитель, что в обоих случаях ведет к ненадежности конструкции.

При выполнении бетонных работ критическим является соблюдение соотношения между наполнителем и связующим. Чем выше марка цемента, тем меньше его требуется для достижения необходимой прочности. Максимально допустимое соотношение между весовыми частями составляет 1 к 4 в пользу наполнителя, а рабочие показатели находятся в диапазоне 1 к 8.

Если в бетонной смеси будет избыток цемента, это может привести к его чрезмерной усадке в процессе набора прочности. Кроме того, кальциевые кристаллы в прореагировавшей массе зачастую недостаточно прочны. Для обеспечения прочности залитого бетонного основания крайне важно строго придерживаться рекомендованных пропорций, указанных производителем на упаковке.

Также важным фактором, влияющим на прочность бетонной конструкции, является правильное распределение наполнителя. Он должен укладываться равномерно и плотно. Это наименее критично при использовании песка и заливке стяжек, так как мелкие фракции менее подвижны в густой массе застывающего цемента. Однако по мере увеличения размера щебня необходимо более тщательно следить за процессом укладки.

Для того чтобы щебень лег плотно и не собирался в нижней части опалубки, используются вибротрамбовки. При толщине конструкций до одного метра эти машины могут располагаться на поверхности. Лучшие результаты демонстрируют глубинные вибраторы, которые имеют сильно удлиненное строение, напоминая долото отбойного молотка. В случае необходимости можно применять активное штыкование лопатой, но этот процесс требует значительных физических усилий.

Что такое застывание бетона и сколько времени оно длится

Бетон относится к категории строительных материалов, которые используются в жидком или полужидком состоянии, а функционируют — в твердым. Переход из одного состояния в другое и составляет процесс застывания, который осуществляется в два этапа.

1. Схватывание — первичное застывание. Этот этап длится в среднем от 1,5 до 2,5 часов. В течение этого промежутка раствора теряет текучесть, подвижность и пластичность. К концу процесса он приобретает относительную жесткость, но его внутренняя структура остается нестабильной и не готова к нагрузкам.
2. Высыхание — полный процесс потери влаги. В течение первых суток бетонная смесь теряет до 30% влаги, за 3 дня — до 50%, а за 7 дней — до 70%. Полное высыхание наступает приблизительно через 4 недели, что приводит к достижению необходимой, предусмотренной соответствующей маркой прочности.

Существует еще один этап, который продолжается от 3 месяцев до 3 лет, в течение которого бетон продолжает упрочняться. Однако в планировании монолитных конструкций этот временной промежуток не учитывается, поскольку он не влияет на способность к выполнению работ. Возобновить строительные процессы можно сразу после достижения бетоном расчетной прочности, то есть через месяц после его заливки. Однако в большинстве случаев допускается снятие опалубки и раньше, хотя время, проведенное в ней, не должно составлять менее 3-7 дней.

Следует отметить, что указанные сроки схватывания и высыхания являются усредненными показателями, полученными в результате наблюдений и испытаний в лабораториях. Более точно определить, сколько времени требуется бетону для застывания в опалубке, можно лишь зная, какие факторы и в какой степени будут влиять на процесс в конкретной ситуации.

Какие факторы и каким образом влияют на скорость затвердевания бетона

Затвердевание бетона, по сути, является результатом реакции между цементом и водой — гидратации. Для ее протекания необходимы положительные температуры и высокая влажность окружающей среды, которые в идеале составляют +20…+30 °C и 80–100% соответственно. Именно в таких условиях были определены сроки, в течение которых сохнет бетон в опалубке (упомянутые ранее). Тем не менее, температура и влажность в реальных условиях постоянно меняются. Понижение температуры замедляет просыхание бетонной смеси, а при достижении 0 °C оно практически останавливается. Высокая температура, наоборот, ускоряет процесс затвердевания, но при этом ухудшает характеристики гидратации.

Температура и влажность — это основные параметры, которые определяют скорость застывания бетонного раствора, но есть и другие, играющие не меньшую роль. В их числе:

• марка бетона: бетон М 200, например, схватывается за 2–2,5 часа и полностью затвердевает в течение 14–28 дней. В то время как бетону М 400 требуется всего 1–2 часа и 7–14 дней для завершения этих процессов;
• состав смеси: наличие песка или гравия ускоряет испарение влаги, а керамзитов и шлака — замедляет. На это также влияют специальные добавки;
• плотность материала: уплотненный бетон (продукты вибропрессования или штыкования) затвердевает дольше, чем залитый без последующей трамбовки;
• толщина слоя и ширина заливки: большие размеры затрудняют процесс застывания, тогда как меньшие ускоряют;
• уход за бетоном: укрытие гидроизолирующими пленками, смазывание битумной мастикой и регулярное опрыскивание водой замедляют процесс затвердевания, а подогрев — ускоряет;
• длительность нахождения бетона в опалубке: большой срок позволяет бетону увлажняться дольше, меньший — наоборот.

Знание перечисленных факторов позволяет более точно определять время затвердевания и схватывания бетона в конкретной ситуации, а также управлять скоростью этих процессов при необходимости.

Время застывания

Только что приготовленный раствор бетона находится в полужидком или жидком состоянии, если не учитывать присутствие в нем твердых компонентов, таких как гравий. Бетон состоит из смеси щебня, цемента, песка (например, карьерного, предварительно просеянного) и воды. Цемент является минералом, содержащим отвердевающий реагент — силикат кальция. Цемент, как всем известно, вступает в реакцию с водой, образуя каменистую массу. По сути, цементопесчаная смесь и бетон представляют собой искусственный камень.

Процесс затвердевания бетона проходит в два этапа. В течение первых пары часов бетон начинает частично застывать, поэтому важно как можно быстрее залить его в подготавливаемую опалубку сразу после приготовления. Реагируя с водой, цемент преобразуется в гидроокись кальция, причем именно от объема этого реагента зависит конечная прочность бетонной смеси. Формирование кальцийсодержащих кристаллов ведет к повышению температуры упрочняющегося бетона.

Схватывание бетона разных марок также происходит в разное время. Например, бетон марки М200 достигает стадии схватывания в течение 3,5 часов после завершения смешивания всех компонентов. После первичного застывания ему требуется одна неделя для полного высыхания, в то время как окончательное затвердевание происходит лишь на 29-й день. При температуре +15…+20 градусов Цельсия происходит процесс перехода раствора в монолит. Для южных регионов России эта температура также является оптимальной для строительных работ с бетоном. Влажность (относительная) не должна превышать 75%. Май и сентябрь являются наиболее благоприятными месяцами для заливки бетона.

При заливке фундамента летом имеется риск преждевременного высыхания бетона, что требует его регулярного орошения — не реже раза в час. Ускорение застывания за час недопустимо, так как это может привести к тому, что конструкция не наберет необходимую прочность. Это создает риск, что фундамент станет хрупким и подверженным растрескиванию, и могут отваливаться значительные куски.

Если недостаточно воды для своевременной и многократной увлажненности бетона, то состав, схватившийся частично или полностью, необходимо плотно накрыть пленкой до получения влагосодержания, необходимого для дальнейшего затвердевания.

Однако, чем больше процент цемента в бетоне, тем быстрее он схватывается. Например, состав М300 может схватиться в течение 2,5-3 часов, М400 — за 2-2,5 часа, а М500 — за 1,5-2 часа. Опилкобетон схватывается примерно в то же время, что и другие составы с подобным соотношением песка и цемента, аналогичным вышеназванным маркам. Но стоит учесть, что добавление опилок ухудшает прочностные характеристики и надежность готовой конструкции, а также увеличивает время схватывания до 4 часов и более. Например, состав М200 наберет свою полную прочность за две недели, тогда как М400 — за одну неделю.

Скорость схватывания также зависит от конструкции и глубины залегания нижней грани фундамента. Более широкие и глубоко заложенные ленточные фундаменты требуют большего времени для высыхания. Это может стать проблемой в условиях, когда земельные участки находятся в низких местах и подвержены подтоплениям в плохую погоду.

Как ускорить затвердевание?

Наиболее быстрым методом для достижения быстрого высыхания бетона является вызов водителя специализированного бетономеса, где бетон будет заранее подготовлен с использованием специальных добавок. Компании-поставщики бетона в своих лабораториях тестируют образцы готового бетона с различными характеристиками. Бетономес доставит нужное количество смеси по указанному адресу — в этом случае бетон не успевает затвердеть. Заливочные работы можно выполнять на протяжении следующего часа с использованием бетононасоса, который идеально подходит для таких работ по заливу фундамента.

Для ускорения затвердевания бетона в холодную погоду к стенкам опалубки используют так называемые термоматы. Они выделяют тепло, позволяя подогреть бетон до комнатной температуры, что помогает достичь более быстрого застывания. Для этого необходимо подключение к электросети. Этот метод незаменим в условиях Крайнего Севера, где зачастую отсутствуют теплые летние температуры, а строительные работы нужно вести.

При затвердевании бетонных составов применяют промышленные добавки и порошковые присадки. Их добавляют строго на стадии смешивания с водой при засыпания гравия. Такой подход помогает сэкономить на затратах цемента, а ускорение затвердевания осуществляется благодаря использованию сверхпластификаторов. Пластифицирующие добавки повышают эластичность и текучесть раствора, способствуя равномерной заливке без осаждения цементной массы на дно.

При выборе ускорителя обратите особое внимание на его активность. Он должен заметно улучшать водонепроницаемость бетона и морозостойкость. Неправильно подобранные добавки могут приводить к коррозийным процессам арматуры, встроенной в бетон, что в конечном итоге может привести к разрушению конструкции. Поэтому для достижения надежности и прочности конструкции следует использовать только качественные, проверенные добавки и присадки, не нарушающие состав раствора и технологию его укладки и отвердевания.

Зависимость высыхания от внешних факторов

Основные факторы, влияющие на скорость застывания бетонной смеси, — это климатические условия, такие как температура и влажность, однако следует учитывать и марку бетона. Эти параметры критически важны для определения того, сколько дней потребуется для достижения бетоном прочности, необходимой для последующих монтажных работ.

Температура

Оптимальная температура для высыхания бетона колеблется в пределах 20–22 °C. При более высокой температуре застывание будет происходить и набирать прочность быстрее, однако при слишком быстрой потере влаги могут образоваться пустоты в монолите, что снизит качество получаемого изделия.

В условиях низких температур гидратация снижается, а при достижении отрицательных температур практически останавливается. Для поддержания процессов можно использовать искусственные (химические или механические) меры стимуляции.

К химическим мерам относятся добавки в раствор, такие как:

• карбонат калия (поташ);
• хлористый кальций;
• хлористый натрий и другие.

Эти присадки воздействуют на растворимость цемента, что увеличивает скорость кристаллизации.

Механические способы ускорения высыхания включают:

• применение тепловых пушек;
• использование электрических обогревателей;
• создание утепленной опалубки;
• укрытие с использованием полиэтилена для сохранения тепла.

Ниже приведена таблица, показывающая взаимосвязь между температурой окружающей среды и временем затвердевания бетонной смеси марок М200–М300.

Температура (°C)	Время затвердевания (сут)
	3	5	7	14	28
Прочность %
30	65	80	90	100	–
20	50	65	75	90	100
10	37	50	58	72	85
0	18	28	35	50	65

Влажность

Влажность непосредственно влияет на гидратационные свойства бетонной смеси. При слишком низкой влажности процесс затвердевания замедляется, в то время как высокая влажность, наоборот, ускоряет его. Нормальное содержание влаги для высыхания залитого бетона варьируется от 80 до 100%. Нехватку влаги можно компенсировать поливкой или укрытием поверхности влажным песком или опилками.

Срок полного высыхания

Время, необходимое для полного высыхания бетона, зависит от множества факторов, среди которых ключевыми являются температура, масса залитого бетона и место его заливки. Приведенные ранее данные показывают, что с повышением температуры бетон накапливает прочность значительно быстрее. Например, при 30 °C время высыхания может сократиться до 2 недель. Однако ускоренное высыхание может негативно сказаться на качестве.

При этом стоит сделать замечание: желательно, чтобы время высыхания совпадало с временем набора прочности, что составляет 28 дней. Соблюдая правила ухода за залитым бетоном, можно достичь прочной конструкции без дефектов.

В жаркие дни для замедления высыхания бетона его орошают водой, а зимой применяют утепление и нагрев для стимулирования затвердевания. Таким образом, время полной трансформации цементного раствора в гидросиликат кальция искусственно регулируется.

При правильном уходе пескобетон М150 будет сохнуть в течение тех же 28 дней, что и бетонная стяжка на открытом воздухе или ленточный фундамент в опалубке. Однако ко всему нужно подходить разумно: стяжка может продолжать набирать прочность, и отделочные работы можно начинать с 4-7 дня.

В промышленном строительстве массивные бетонные конструкции могут сохнуть до 90 дней и более.

В частном строительстве сроки могут быть менее ограниченными. Если же бетон заливается в земли при низких температурах, время высыхания может увеличиваться, но не стоит ждать больше, чем того требует технология.

Как измерить прочность бетона в опалубке

Прямое измерение прочности бетона в опалубке обычно не практикуется на стройплощадках, поскольку это требует разрушения опалубки и бетонной конструкции. Вместо этого прочность бетона определяется в лабораторных условиях после изготовления образцов, как описано в следующих разделах.

Процесс измерения прочности бетона включает создание стандартных образцов (кубиков или цилиндров) из свежезамешанной бетонной смеси. Эти образцы затем выдерживаются в условиях, контролируемых по температуре и влажности, в течение конкретного времени, обычно 28 дней, чтобы бетон смог набрать нужную прочность.

По истечении этого времени образцы подвергаются испытаниям на прочность в лаборатории с использованием специального оборудования, например, гидравлического пресса. Измеряется максимальная нагрузка, которую образец может выдержать, и прочность бетона выражается в единицах давления, таких как мегапаскали (MPa) или фунты на квадратный дюйм (psi).

Следует отметить, что измерение прочности бетона непосредственно в опалубке может повредить саму конструкцию, поэтому испытания стоит проводить на стандартных образцах в условиях лаборатории.

Как повлиять на высыхание бетона в опалубке

Процесс высыхания бетона в опалубке подвержен влиянию разных факторов. Контроль за этим процессом может способствовать достижению лучших результатов. Вот несколько методов, способных повлиять на высыхание бетона в опалубке:

1. Управление влажностью. Следите за уровнем влажности воздуха вблизи опалубки. Высокая влажность может замедлить процесс высыхания бетона, в то время как чрезмерно низкая влажность может привести к его быстрому высыханию. Используйте покрытия или увлажняйте воздух вблизи опалубки, когда это необходимо.
2. Покрытие опалубки. Укрытие опалубки пленкой или другим материалом поможет удерживать влагу, создавая благоприятные условия для высыхания бетона. Это особенно важно в жарком климате, где процесс высыхания может происходить слишком быстро.
3. Использование ретардеров. Ретардеры — это добавки к бетону, которые замедляют начало его твердения. Это может быть полезно для управления временем высыхания, особенно когда речь идет о больших объемах бетона.
4. Применение адиабатического увлажнения. Этот подход включает создание тумана или распыление влаги вокруг опалубки, что помогает контролировать температуру и влажность, регулируя скорость высыхания в зависимости от нужд прораба.
5. Изоляция от прямых солнечных лучей. При высоких температурах и солнечном свете бетон может высыхать слишком быстро, что приведет к трещинам. Защита опалубки от прямых солнечных лучей может помочь контролировать этот процесс.

Эффективное управление высыханием бетона в опалубке требует внимательного контроля и адаптации к конкретным условиям, существующим на строительной площадке.