При какой прочности бетона можно нагружать конструкцию?

Как бетон набирает прочность и как эти параметры контролировать

В этой статье мы расскажем о том, сколько времени бетон набирает прочность и о том, какие способы контроля этого параметра доступны сегодня.

Тема статьи неслучайна, так как большая часть строительных объектов из года в год возводится с применением бетона. Популярность этого материала не снижается, а напротив увеличивается, несмотря на повсеместное внедрение альтернативных технологий в строительстве объектов различного назначения.

Структура материала после достижения требуемой твердости

Именно поэтому так актуален вопрос, через какое время бетон набирает прочность и как это влияет на сроки проведения строительных работ?

Средние темпы набора прочности

Армирование цементно-песчаной стяжки

Перед тем как ответить на вопрос, когда бетон набирает 70 прочности, разберёмся с тем, что означает число 70. По сути, это процентное обозначение марочных параметров. При достижении этого параметра, конструкции и сооружения условно соответствуют требованиям ГОСТа.

Не секрет, что в соответствии с присвоенной маркой бетона определяется не только цена, но и максимальная нагрузка из расчета кгс/см², которая может быть оказана на ЖБИ без ущерба для целостности изделия. Именно поэтому, все промышленные ЖБИ производятся с отпускной прочностью 70% от марочной нормы в летний период и 90% — в зимний период.

Так как все промышленно произведённые ЖБИ по умолчанию соответствуют требованиям ГОСТа, строительные организации могут применять его по назначению сразу же после получения заказанного изделия.

В отличие от строительных организаций, которые заказывают ЖБИ с завода, частные пользователи раствора при заливке опалубки должны иметь четкое представление о том, за какое время бетон набирает прочность.

На фото — работа с бетоном в холодное время года

В среднем, марочный контроль технологи проводят через 28 дней по окончании заливки раствора в опалубку. Можно предположить, что это и есть усреднённый временной показатель, необходимый для набора оптимальных параметров твердости.

При теплой погоде в течение первой недели после укладки происходит интенсивный набор прочности материалом вплоть до условных 70% от марочной нормы. В ходе этого процесса происходит взаимодействие цементных зерен и жидкой среды вплоть до образования гидросиликатов калия.

Важно: Процесс твердения может продолжаться и после набора условных 70% от марочной нормы.
К примеру, некоторые ЖБИ с первоначальной маркой бетона М 200, по прошествии нескольких лет, приобретают прочность, соответствующую материалам с маркой М 400.

Время снимать опалубку

Опалубка под строительство фундамента

Теперь, когда мы определились с тем, сколько дней набирает прочность бетон, определимся с тем, когда можно приступить к демонтажу опалубки.

• Если бетонный фундамент залит своими руками, но с учетом технологических требований и рекомендаций, то приступать к демонтажу опалубки можно уже через трое суток.
  За это время будут достигнуты оптимальные параметры твердости, при которых возможна резка железобетона алмазными кругами. Но, несмотря на это, нагружать конструкцию можно не раньше, чем через неделю.
• Если заливка конструкций и сооружений осуществляется в зимнее время, рост прочности существенно замедляется. Поэтому опалубка может быть снята не ранее, чем через неделю. Нагружать конструкции такого типа и проводить алмазное бурение отверстий в бетоне можно не раньше, чем через 2 недели.

Важно: Заливка опалубки в зимнее время должна осуществляться с применением специальных укрывных материалов, так как не укрытый раствор промёрзнет и вообще не наберет требуемую прочность.

Надо понимать, что эта инструкция важна, так как, если произвести демонтаж раньше времени, велика вероятность появления трещин в толще готовой конструкции. Но надо учитывать то, что передерживать опалубку также нежелательно, поскольку она препятствует свободному доступу воздуха, вследствие чего бетон просыхает неравномерно.

Темпы схватывания и способы контроля данных параметров

На фото — фундамент после своевременного демонтажа опалубки

Возвращаясь к тому, за сколько бетон набирает прочность, рассмотрим темпы поэтапного твердения:

• За первые трое суток после укладки при нормальных температурных условиях материал набирает около 30% от марочной прочности.
• По прошествии 7-14 суток после укладки при нормальных температурных условиях материал набирает свыше 60% от марочной нормы.
• За 28 суток по окончании укладки бетон способен набрать 100% от марочной нормы.
• В течение 90 суток после укладки материал способен набрать до 120% от марочной нормы.
• Дальнейшее твердение и упрочнение конструкций при доступе влаги также происходит, но интенсивность процесса на порядок ниже.

Сильнее всего темпы твердения цементосодержащих растворов тормозит снижение температуры. В результате похолодания, частицы цемента менее активно взаимодействуют с водой. В итоге химические реакции протекают крайне медленно.

Снижение температуры до минусовых значений вообще останавливают процесс твердения. При последующем повышении температуры окружающей среды материал будет твердеть, но на марочный набор прочности в этом случае рассчитывать не приходится.

На фото — результат пересыхания раствора в процессе схватывания

В то же время, повышение температуры в толще материала позволяет резко ускорить темпы твердения. Но, повышая температуру, следует проследить за тем, чтобы раствор в опалубке не высох раньше положенного времени.

Так, например, при нагреве бетона водяным паром до температуры 80°С, для набора 70% от марочной прочности потребуется не менее 16 часов. Таким образом, выполняется промышленная пропарка при изготовлении свай и ряда других железобетонных изделий.

Важно: Нельзя нагревать бетон больше 90 °С, так как при температуре закипания воды химическая реакция, при которой твердение цементосодержащего раствора становится невозможным.

Еще один момент, на который следует обратить особое внимание — твердение цементосодержащего раствора является экзотермическим процессом, при протекании, которого бетон выделяет тепло. В итоге, увеличивая температуру для более интенсивного набора прочности, вы рискуете пересушить бетон, так как к температуре разогрева добавится тепло высвобожденное в ходе экзотермического процесса.

Вывод

Теперь вы знаете о том, сколько набирает прочность бетон и какие факторы определяют интенсивность протекания этого процесса. В результате, вы сможете проследить за тем, чтобы твердение бетонных конструкций осуществлялось в рамках технологических рекомендаций.

Больше полезной и познавательной информации вы сможете обнаружить, посмотрев видео в этой статье.

Набор прочности бетона и зависимость от внешних факторов

Для набора бетоном заданных показателей прочности нужно время, которое называется временем твердения бетона. Оно определяется различными условиями: факторами окружающей среды и качеством составляющих бетонной смеси.

Время набора прочности бетона требуется знать, чтобы понимать, когда можно переходить к следующим стадиям строительства, а когда уже можно снимать опалубку.

Твердение бетона

Бетон – это искусственный каменный материал, который получается при твердении оптимально подобранной смеси из воды, вяжущего вещества, крупного и мелкого заполнителя, а также специализированных добавок. Крупным заполнителем служат куски гравия или щебня, а мелким – песок.

При смешивании всех компонентов образуется цементное тесто, которое постепенно затвердевает, образуя прочный искусственный камень. В зависимости от качества смеси, марки цемента и входящих в состав добавок бетон имеет разные сроки твердения.

При нормальных условиях, то есть при влажности около 100% и комнатной температуре, время набора прочности бетона составляет 28 суток. В условиях современного строительства это слишком большой срок, поэтому зачастую твердение бетона ускоряют.

Факторы, влияющие на скорость набора прочности бетона

Факторы, от которых зависят сроки схватывания и твердения бетонной смеси:

• активность цемента, его марка;
• введение добавок-ускорителей твердения;
• соотношение вода-цемент в растворе;
• способ укладки и уплотнения бетонной смеси;
• технология приготовления смеси;
• влажность;
• температура окружающего воздуха.

Набор прочности бетона напрямую зависит от температуры. Бетон может твердеть только при положительных температурах, так как в его составе присутствует вода. При замерзании воды процесс набирания прочности прекращается, он возобновляется, когда столбик термометра поднимется выше нуля, но бетон при этом становится менее прочным.

Чем больше температура, тем интенсивнее идет процесс твердения.

График набора прочности бетона в зависимости от температуры:

* На графике изображен процесс твердения бетона марки В25.

Контроль набора прочности бетона

Измеряют прочность бетона специальными приборами. Это позволяет определить, насколько хорошо конструкция в дальнейшем будет справляться с нагрузками. Для расчета прочности необходимо знать предельные нагрузки, которым сопротивляется изделие, при этом не разрушаясь.

Есть два метода контроля прочности бетона: разрушающий и неразрушающий. В первом случае из партии бетонных изделий выбирают несколько образцов и испытывают их на гидравлических прессах. Во втором – из бетона делают образцы в виде кубиков, которые проходят все технологические этапы производства вместе с основными изделиями, а затем испытывают на прессах уже кубики.

Также прочность бетона можно оценивать специальными приборами:

• электронными, типа «Оникс»;
• ультразвуковыми приборами, которые основаны на возможности прохождения ультразвука через плотные тела, при этом он не теряет своей интенсивности, но он сильно ослабевает при прохождении через воздух;
• механическими приборами (например, молотком Кашкарова).

Методы ускорения твердения бетона

Существует несколько наиболее часто используемых методов ускорения набора прочности бетона:

1. Термовлажностная обработка или ТВО. Термовлажностную обработку проводят в пропарочных камерах ямного типа, глубина которых составляет 2 метра. В камере необходимо обеспечить атмосферу насыщенного водяного пара и поддерживать температуру 90-100 °С. Процесс обработки бетона в камере продолжается в течение 12-15 часов.

Режимы термовлажностной обработки:

• выдержка (2-3 часа);
• подъём температуры со скоростью 25-30 °С/ч;
• изотермический прогрев (t=80-90 °С), продолжительность: 6-8 часов;
• снижение температуры со скоростью 30-40 °С/ч.

После того, как бетон прошел ТВО, он приобретает 70-100% прочность бетона 28-суточного твердения.

1. Электропрогрев. Этот метод осуществляется при помощи переменного электрического тока, основан он на преобразовании электрической энергии в тепловую. Температура бетона повышается, из-за этого ускоряется процесс набора прочности. Существуют два способа электропрогрева:

• внутренний прогрев, который происходит за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через бетон;
• обогрев изделия внешними источниками. Это могут быть инфракрасные излучатели, или контактные электронагреватели.

Важно! Изделия должны быть закрыты пароизоляционной пленкой. Это поможет избежать испарения воды.

1. Контактный прогрев. Бетонное изделие помещают в обогреваемую опалубку или форму. Изделие покрывают пленкой, чтобы не допустить испарения.
2. Введение добавок, которые ускоряют процесс набора прочности. Ускорители твердения оказывают большое влияние на скорость набора прочности бетона на протяжении первых суток затвердевания бетона, со временем их воздействие ослабевает. К 28-суточному состоянию прочность бетона с добавками и без них становится одинаковой, что наглядно прослеживается по графику набора прочности бетона:

Нормативные документы, регламентирующие набор прочности бетона

Основным документом, в котором прописаны правила контроля прочности бетона, определены его сроки и условия твердения, является ГОСТ 18105-2010 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности». Также бетонные работы регламентируются ГОСТ 26633-2012 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые».

В промышленном строительстве процесс набора прочности бетона может регулироваться локальными правовыми актами, к примеру, правилами производства работ.

Набор прочности бетона по суткам

Согласно ГОСТ 26633-2012 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые», если не указан набор прочности бетона по суткам, требования по прочности должны быть обеспечены в возрасте 28 суток.

Наглядно процесс набора прочности бетона в зависимости от срока твердения проиллюстрирован в таблице.

Набор прочности бетона от температуры и по суткам таблица:

Заключение

Показатели твердости и прочности бетонных изделий меняются под воздействием различных условий и факторов. Задачей инженеров-строителей является подбор оптимальной бетонной смеси и создание определенных внешних воздействий для обеспечения необходимой прочности бетона, которая достигается за тот или иной период времени.

Процесс набора прочности бетона

Основная характеристика бетона, которая определила его широкое распространение — это высокая прочность. Материал набирает любую прочность в реальных условиях, так как есть много причин, которые способствуют недобору величины, соответствующей бетону определенной марки. Знание этих причин и их особенностей способствует формированию бетонных фундаментов, конструкций с максимальными эксплуатационными показателями.

Процесс набора

Физико-химические реакции гидратации создают новые монолитные соединения, которые придают материалу свойства искусственного камня. Новое качество формируется в течение многих суток (окончательно примерно через полгода) и в идеале прочностные свойства бетонной конструкции должны соответствовать бетону определенного класса и марки. По времени процесс вызревания камня имеет две последовательные стадии: начальная — схватывание, и завершающая — твердение. По его завершении бетон может нагружаться.

Схватывание

Бетоном пользуются не сразу после затвердения, так как может потребоваться некоторое количество времени, чтобы довезти материал до объекта. Смесь должна оставаться подвижной, чему способствует механическое перемешивание раствора в миксере автосмесителя. Тиксотропия позволяет сохранить основные свойства смеси до ее заливки, откладывая старт начальной стадии созревания. Однако следует знать, что если время затянуть или температура поднимется, развивается необратимый процесс «сваривания» раствора, в результате которого занизятся его характеристики.

Длительность схватывания находится в зависимости от температуры воздуха — от 20 мин. до 20 часов. Наибольшая продолжительность данного процесса зимой при температурных значениях около 0 град. Заливка фундамента в этот период будет сопровождаться удлинением интервала начала схватывания от 6 до 10 часов, а сама стадия растянется на 15 – 20 ч.

Оптимально заливать бетон в форму при 20 градусах. Тогда при условии, что раствор затворен за час до заливки, схватывание начнется через один час и завершится через 60 мин. Жаркая погода способствует практически моментальному схватыванию раствора за 10 – 20 мин.

Твердение

Оптимальное течение гидратации при твердении раствора: температурный коридор от 18 до 20 град., влажность близкая к 100%. Отклонения от данных параметров в значительной степени изменяют скорость твердения камня. Полное вызревание бетона длиться несколько лет.

Вместе с тем на этой стадии скорость твердения закономерно изменяется со временем. К примеру, для бетона М300 к концу 3-го дня она достигает 50%, на 14–й день составляет до 90%, а на 28 день — 100%. Далее через три месяца прочность повышается еще на 20%, а через 3 года может стать на 100% больше, чем была к концу 28 суток после затворения.

Особенности набора прочности

Снижение температурных показателей среды ведет к замедлению твердения. Нулевая отметка на термометре останавливает процесс из-за замерзания воды в камне (снижается качество бетона), а подъем значений снова его возобновляет. Смесь начинает высыхать при недостатке или отсутствии влаги, однако это может замедлить и остановить правильное твердение, что воспрепятствует набору заданного свойства бетоном. А вот автоклавное отвердение смесей значительно ускоряется при повышенных значениях температурно-влажностного режима: 80 – 90 град. и 100% влажности, что ведет к ускоренному росту прочностных показателей. За счет влаги в воздухе может сокращаться интервал набора прочности раствором, который уложен открыто.

Бетоны более высоких марок (состоят из большего количества цемента лучшего качества) твердеют и набирают прочность быстрее, поэтому обрабатывать их следует более оперативно. В интервале с 3-х по 10-е сутки после укладки нормативный набор прочности бетона обеспечивается близкими к идеальным условиями выдержки. В теплую погоду раствор укрывается влагоемкими материалами, через которые камень увлажняется круглосуточно 6 – 7 раз, и перекрывается плотной пленкой.

В солнечную погоду он укрывается от прямых лучей. Зимой бетон может искусственно прогреваться изнутри, утепляться, обогреваться тепловыми генераторами, чтобы предотвратить замерзание воды, и изолируется от осадков. Важным параметром для продолжения работ является нормативно-безопасный срок набора прочностных свойств. Таблица 1 показывает зависимость от марки бетона и среднесуточной температуры значений прочностных показателей бетонов через соответствующее количество суток.

Нормативно-безопасным сроком созревания бетонов можно считать значение 50%, а безопасным — от 72% до 80% от марочного значения, что, к примеру, важно знать при работах на фундаменте.

От чего зависит набор прочности?

Факторы, которые управляют набором прочностных свойств камня, включают: сколько времени прошло после заливки, температурно-влажностный режим выдерживания, качество (активность) и марку цемента, соотношение воды и цемента в растворе, пропорции компонентов в смеси, способ уплотнения, технологию перемешивания, способ и скорость укладки, качество и регулярность увлажнения, наличие пластификаторов (добавок-ускорителей твердения) в смеси зимой и пр. Поднятие марки бетона зависит от увеличения доли и более высокой марки цемента в смеси, пропорций компонентов. Марка прямо влияет на набор прочности бетона. Для низких марок критическая прочность имеет большее значение. Таблица 2 отражает данную закономерность.

Поэтому прочностью фундамента из бетона высокой марки определяется надежность, долговечность конструкции здания. Камень в холодную погоду приобретает прочность благодаря собственному тепловыделению, но для нормализации графика формирования камня целесообразно применять соответствующие добавки, ускоряющие твердение и снижающие температуру остановки гидратации. С ними смесь набирает марочную прочность уже через 14 суток. Удачным решением также станет изменение составляющих в бетоне. К примеру, глиноземистый цемент набирает прочностные показатели даже в морозы, так как выделяет примерно в 7 раз больше собственного тепла по сравнению портландцементом.

В наборе этого свойства существенную роль играют форма и фракция зерен натуральных наполнителей. Их неправильная форма и повышенная шероховатость обеспечивают лучшие условия сцепления и качество бетона. Известно, что увеличение доли воды в бетонной смеси способно привести к расслоению массы материала. Следствием этого также становится то, что при относительном увеличении доли воды в растворе на 60% от оптимального значения (в/ц = 0,4) происходит недобор прочности на 50% от марочной. Однако при соотношении вода/цемент 1/4 период отвердения (упрочнения) сокращается в два раза.

Чтобы ускорить процесс и минимизировать выдержку бетона, целесообразно применять пескобетоны с низким соотношением вода/цемент. Неуплотненный бетонный раствор имеет шансы вызреть только до 50% от нормативной прочности даже при оптимальном соотношении вода/цемент. Вместе с тем ручное уплотнение способно повысить его прочность на 30 – 40%, а вибротрамбовка повышает прочность до нормативных 95 – 100%.

График набора прочности

Важно знать график набора прочности бетона для прогнозирования последствий изменения температурных условий твердения, которые приводят к увеличению времени выдерживания.

График 1 показывает на примере бетона М400 через сколько суток смесь при фиксированных температурных значениях набирает определенный процент прочности (за сто процентов взят набор марочной прочности за 4 недели). Температурный режим 30 град. является оптимальным для набора нормативной прочности (97%) за 11 дней, а при показателе в 5 град. значение безопасной прочности не будет достигнуто камнем и за 14 дней. В такой ситуации следует разогревать, утеплять укладку. В соответствии с кривыми определяются сроки распалубки при превышении прочностью 50% марочного значения.

Вывод

В реальности прочностные показатели бетонных конструкций могут изменяться по очень многим причинам. Важно обеспечить оптимальные параметры для реализации по времени графика роста прочностных свойств, соответствующих марке бетона.

Время

Для определения нормативно-безопасного срока начала работ часто используется следующая таблица. В ней в зависимости от марки бетона и его среднесуточной температуры приведена информация о наборе прочности через определенное количество суток:

Марка бетона	Среднесуточная температура бетона в °C	Срок твердения в сутках
		1	2	3	5	7	14	28
		Прочность бетона на сжатие (процент от марочной)
М200–300, замешанный на портландцементе М 400–500	-3	3	6	8	12	15	20	25
	0	5	12	18	28	35	50	65
	+5	9	19	27	38	48	62	77
	+10	12	25	37	50	58	72	85
	+20	23	40	50	65	75	90	100
	+30	35	55	65	80	90	100	–

Если нормативно-безопасный срок установлен на уровне приблизительно 50%, то безопасным сроком начала работ можно считать 72 – 80% от марочного значения.

В зависимости от времени выдержки искомое значение можно определить по следующей формуле:

прочность на n-ый день = марочная прочность *(lg (n) / lg (28)). Причем n не может быть меньше 3-х дней.

Состав и характеристики цемента

Если сразу после заливки цемент способен набирать прочность благодаря своему тепловыделению, то после замерзания воды процесс неизменно остановится. Именно поэтому при выполнении работ в зимний и осенне-весенний период предпочтительно использовать смеси с противоморозными добавками.

Глиноземистый цемент после укладки способен выделить в семь раз больше тепла, чем обычный портландцемент. Именно поэтому приготовленная на его основе смесь набирает прочность даже при отрицательной температуре.

Марка также оказывает влияние на скорость процесса. Чем ниже марка, тем выше критическая прочность. Таблица наглядно отражает такую зависимость:

Марка бетона (по прочности на сжатие)	Критическая прочность (процент от марочной), минимум
для предварительно напряженных конструкций	70
М15 – 150	50
М200 – 300	40
М400 – 500	30

Влажность

Пониженная влажность негативно отражается на процессе. При полном отсутствии влаги гидратация цемента становится невозможной, и твердение практически останавливается.

При максимальной влажности и высокой температуре (70 – 90 °C) скорость нарастания прочности значительно повышается. В таком режиме осуществляется пропаривание состава в автоклавах паром высокого давления.

Нагрев до столь высоких температур при минимальной влажности неизбежно приведет к высыханию залитого раствора и снижению скорости набора. Чтобы этого не произошло, следует своевременно производить увлажнение. В таком случае в жаркую погоду прочность будет набрана в минимально возможные сроки.