3.4. Твердение бетонной смеси

Твердение бетона— превращение бетонной смеси в искусственный каменный материал, обладающий заданной прочностью и др. свойствами в конструкции. Основой твердения бетона является твердение входящего в его состав цементного теста камня. Твердение бетона — сложный физико-химический процесс, сопровождаемый непрерывным изменением свойств цементного камня и бетона в целом.

Основу твердения цементного теста составляют процессы коллоидации и кристаллизации. В результате химического взаимодействия цемента и воды образуется ряд продуктов гидролиза и гидратации. По мере образования и растворения этих продуктов в воде раствор становится пересыщенным, и из него выделяются новообразования с частицами коллоидного размера. С увеличением содержания продуктов гидратации в системе уменьшается количество свободной воды и наступает вначале загустевание цементного теста — его схватывание, а затем — его твердение. Граница между этими двумя процессами является условной.

Дальнейший период кристаллизации характеризуется образованием и ростом мельчайших субмикрокристаллов, а затем и более крупных кристаллических сростков, создающих прочностной скелет цементного камня. Длительный рост прочности цементного камня и бетона во влажных условиях или в воде связан с постепенным упрочнением структуры цементного камня и усилением его связи с поверхностью заполнителей. Это происходит в результате роста кристаллических сростков, углубления протекания реакций гидролиза и гидратации во внутренних зонах частиц цемента, постепенного обезвоживания коллоидной составляющей (геля), уменьшения толщины водных оболочек вокруг частиц геля и сближения их между собой.

Твердение бетона требует, как правило, наличия положительной температуры и достаточной относит, влажности среды. Твердение в условиях отрицательных температур возможно только при введении в бетонную смесь значительного количества добавок, понижающих температуру замерзания воды (чаще всего хлористого кальция и хлористого натрия), но это допустимо лишь для неармированного бетона.

В зависимости от температуры и влажности среды, в которой твердеет бетон, а, также

п ринятой технологии различают: нормальное (обычное) твердение бетона при темп-ре 15—20° и относит, влажности воздуха 60—80%; замедленное твердение бетона при пониженных и отрицательных температурах; ускоренное твердение бетона при повышенных температурах, применении быстротвердеющих цементов или введении химических добавок и комбинированное Т. б. частью при повышенной и частью при нормальной темп-ре.

Твердение бетона при нормальной температуре имеет место главным образом при бетонировании монолитных сооружений летом. В этом случае происходит непрерывное, но постепенно затухающее нарастание прочности бетона с увеличением сроков твердения. Если время на оси абсцисс откладывать в логарифмическом масштабе, а прочность бетона наносить на ось ординат в обычном масштабе, то, в общем случае, рост прочности бетона со временем выразится прямой, идущей под углом, разным для различных цементов и бетонов.

Для ориентировочных подсчетов, при применении обычного портландцемента и нормальных условиях твердения можно пользоваться переходными коэффициентами (К), принимая прочность бетона в возрасте 28 дней за единицу.

Дифференцированные данные о росте и прочности бетона к 180 дням, учитывающие минералогический состав цемента: бетоны на алюминатных портландцементах (ПЦ), содержащих более 12% С3А, прирост прочности не более чем на 10%; на алитовых цементах, содержащих более 50% C3S и менее 8% С3А, прирост прочности 15—30%; на портландцементах, содержащих более 14% C4AF, пуццолановом портландцементе, шлакопортландцементе, прирост прочности от 40 до 80%.

Твердение бетона при пониженных температуpax замедляется, а при отрицательных — прекращается (см. Зимние работы).

Твердение бетона при повышенных температуpax ускоряется; это используется как при зимнем бетонировании, так и гл. обр. на предприятиях сборного железобетона. При назначении режимов прогрева бетона необходимо добиваться макс, увеличения оборачиваемости дорогих и металлоемких форм и формующих установок.

Тепловая обработка железобетонных изделий вызывается прежде всего необходимостью ускорения достижения прочности бетона, позволяющей извлечь изделие из формы или формующей установки с последующей транспортировкой внутри завода — распалубочная прочность, а последующее твердение должно обеспечить получение прочности бетона, необходимой для отправки изделия потребителю (отпускная прочность) .

В ряде случаев для изделий без предварит. напряжения арматуры целесообразно производить тепловую обработку бетона в форме или в формующей установке только до получения распалубочной прочности. Она составляет (на сжатие) 50—60 кг!см2 при кассетной технологии и 80—100 кг!см2 — при вибропрокатной и поточно-агрегатной технологии (от 30 до 50% марки бетона).

Дополнит. твердение бетона до достижения отпускной прочности целесообразно производить с целью экономии оборудования и площадей завода повторной тепловой обработкой после извлечения изделий из форм или формующих установок.

При расположении предприятий в местностях с теплым климатом применяется комбинированное твердение бетона: при повышенных температурax — до распалубочной прочности и при естественной температуре (на открытом складе) —

до отпускной. Продолжительность дополнит. твердения на воздухе составляет 5—10 дней.

В изделиях из легкого бетона при твердении на складе за счет сохранения в бетоне повышенной температуры фактически будет иметь место ускоренное твердения бетона; его продолжительность составит 6—8 часов.