Как ускорить застывание бетона
Ускорители твердения бетона: способы, добавки для быстрого схватывания и набора прочности бетонной смеси
Строительные смеси, применяемые при сооружении фундаментов, должны набирать прочность. Только после схватывания состава можно переходить к следующему этапу работ. С учетом большой толщины слоя застыть быстро раствор не сможет, для этого потребуется не менее 3 суток. Отвердитель для бетона помогает ускорить схватывание состава без нарушения структуры материала.
Условия для применения ускорителей
Ускорители твердения бетона применяются в таких случаях:
Классификация
По характеру воздействия на бетонную смесь выделяют такие типы химических средств:
Как ускорить процесс твердения бетона
Существуют разные способы ускорения твердения бетона, самым действенным среди которых является использование химических присадок.
От чего зависит скорость твердения
На отвердевание бетона влияют такие факторы:
Способы ускорения процесса
Существует 2 метода, применяемых для быстрого схватывания строительной смеси: автоклавная обработка и введение химических добавок — ускорителей твердения бетона.
Действие добавок-ускорителей твердения
Принцип действия затвердителя основывается на ускорении химических реакций между ингредиентами смеси. Под воздействием добавок образуются гели, впитывающие большой объем влаги.
Основные виды добавок
Существуют такие типы добавок для быстрого твердения бетона:
Отечественные добавки
В Москве и других городах России выпускаются такие ускорители застывания бетона:
Ускорители иностранных производителей
Зарубежные производители выпускают такие виды ускорителей затвердевания:
Чтобы узнать, как ускорить твердение бетона, не ухудшив его эксплуатационные качества, нужно изучить свойство отвердителей. Решая, какой химический агент приобрести, учитывают погодные условия и марочную плотность цемента.
Ускорители твердения бетона
Возведение сооружений производится в конкретные сроки. Их сразу обговаривают и укладываются по общему плану. Но в некоторых случаях используют специальные добавки, которые способны серьезно ускорить процесс. Их называют ускорителями твердения бетона. Они сокращают длительность схватывания без нанесения вреда, то есть, никаких побочных эффектов или прочего негативного влияния. Идеальные условия подкрепляются уменьшением себестоимости, повышением эффективности, укреплением фундамента по его начальным параметрам.
Принцип действия и условия применения добавок
Использование ускорителя твердения бетона осуществляется даже при отрицательных температурах. Зимнее время года не становится проблемой, как и наличие повышенной влажности. Сами добавки серьезно уменьшают сроки прогрева. Полноценное затвердевание в таком случае происходит намного быстрее.
Функционирование любого состава основано на химических реакциях: цемент при взаимодействии с водой образует кристаллогидраты, а специальные компоненты создают гель для ускоренного впитывания влаги с ячейки с последующим техническим применением.
На этом принцип действия не заканчивается. Ускорители увеличивают площадь искусственных камней, вследствие чего уменьшается влияние пор: их размер становится ниже среднего [1]. Эти процессы осуществляются практически молниеносно. Каждый уровень искусственного камня становится крепче, надежнее, функциональнее.
Общие условия
Добавки целесообразно применять лишь в след. случаях:
Что делать, если бетон (цемент) не застывает?
Иногда случаются форс-мажорные ситуации. Правильная оценка текущего состояния и последствий позволит устранить негативное влияние. Для начала стоит правильно определить температуру/влажность воздуха. Демонтаж опалубки осуществляется исключительно из этих двух параметров, ведь сооруженный фундамент должен набрать достаточную прочность. Если раствор не схватывается, добавляют ускоритель и ждут еще столько же времени. Конечно, учет временных рамок происходит прямо на месте.
Марочная прочность цемента обеспечивает индивидуальные характеристики. В таком случае также рассматривается предполагаемая нагрузка в будущем. Различные тонкости и нюансы учитывают в первую очередь, чтобы исключить отрицательный результат. Несхватывание бетона легко устранить в любом из представленных выше случаев с помощью двух способов:
Производители добавок-ускорителей твердения: российские и зарубежные
На рынке представлены как отечественные, так и зарубежные производители. У них будут преимущества и достоинства, используемые в повседневном строительстве. Среди лидеров российских компаний можно выделить:
Каждый из них создается для конкретных задач. Зарубежные фирмы обеспечили потребителя:
Вообще, ассортимент добавок довольно большой. Решение сложностей при строительстве требует определенных качеств от применяемых компонентов, достижение которых напрямую связано с назначением и заложенными свойствами. Выделить среди всех что-то одно не получится именно по этим причинам.
Как выбрать ускоритель твердения бетона
Для того чтобы разобраться с процессом твердения бетона, надо вспомнить, почему и как происходит этот процесс.
Современная бетонная смесь состоит из следующих компонентов:
Процесс твердения обеспечивает цемент с водой. А чтобы понять, что такое цемент, подробно остановимся на этом компоненте.
Цемент получается после помола клинкерных смесей, которые производят в огромных печах обжига при температуре порядка 1450 ℃. Основным сырьём для клинкера являются известняковые горные породы и глина. После такой высокой температурной обработки происходят структурные изменения и полученный спёкшийся клинкер смешивают с гипсом и другими веществами. Эту смесь загружают в шаровые мельницы и измельчают до мелкодисперсной сыпучей массы серого цвета, которая и называется цементом. Он состоит из 4 основных минералов:
Все эти составляющие цемента играют важнейшее значение в его дальнейшем поведении. Всё самое главное начинается тогда, когда он вступает во взаимодействие с водой. Начинается твердение цемента или ещё этот процесс называют гидратацией, когда молекулы воды связываются через физико-химический процесс со всем многообразием минералов цемента.
В этой фазе все четыре компонента ведут себя по-разному. Одни минералы вступают в реакцию сразу, другие через время, третьи запускают своё действие лишь в финале процесса затвердения, завершая долгодневный процесс.
Полный цикл твердения цемента длится годами, но основным считается отрезок в 28 суток.
Важнейшим фактором гидратации цемента считается водоцементное соотношение (В/Ц).
Оно определяет все прочностные характеристики полученного цементного камня. На этой картинке удачно обозначена схема взаимодействия молекул воды и цементных зёрен.
Из неё видно, что оптимальным В/Ц будет 0.4. Но при приготовлении уже бетонной смеси там добавляются инертные заполнители, такие как песок и щебень. Если готовится раствор, то тогда добавляется только песок. Цемент является единственным вяжущим, который скрепляет в одно целое все компоненты бетонной смеси. Частицы цемента уже кристаллизовались и заполнили пространство между частицами инертных материалов, начался процесс схватывания.
Этот процесс начинается в зависимости от температуры и других факторов через 20 минут и продолжается до 20 часов. Но после схватывания наступает непосредственно процесс твердения, который и даёт основную прочность бетону. Он длится до 28 суток, когда набрана основная прочность в 95 %.
Так подробно надо было остановиться на этих процессах для того, чтоб было понятно, как можно влиять на них.
Необходимость ускорения процессов схватывания и твердения
Строительные процессы каждый раз ставят различные сложные задачи перед исполнителями. Например, низкая температура, которая отрицательно сказывается на сроках твердения – они удлиняются.
Бывают ситуации, когда необходимо разобрать опалубку раньше, чем бетон затвердеет и наберёт необходимую прочность, позволяющую передвигаться по поверхности строителям. Но возможны и ситуации, когда необходимо оттянуть сроки начала схватывания цемента, потому что бетонный узел находится далеко от объекта.
Во всех этих случаях необходимо применение регуляторов сроков схватывания цемента. Это требуется для того, чтобы сроки начала схватывания не опережали сроки укладки бетонной смеси. Эти процессы надо разводить по сторонам. Механизм такой – сначала укладка, потом начало сроков схватывания.
Химия процесса
Необходимо различать несколько способов ускорения твердения бетонных и растворных смесей:
Тепловая обработка
Голландский химик Вант – Гофф вывел правило, которое гласит, что при увеличении температуры на 10℃ происходит ускорение химической реакции в 2 – 4 раза. Такое происходит в температурном диапазоне от 0 до 100℃. Если бетон набирает свою марочную прочность при температуре 20 ℃ за 28 суток, то исходя из формулы голландца необходимая прочность у бетона наступит при температуре 60 ℃ через 8 часов. Поэтому на заводах весь процесс укладываю в 12 часов (3 часа подъём температуры, 6 часов изотермическая выдержка и 3 часа – остывание). За это время изделие набирает прочность от 90 до 105%.
Добавки в бетоны и растворы
Это всевозможные соли неорганических кислот — хлориды, сульфаты ( CaCl2, NaNO3, KNO3, KCl и т.д.). Механизм состоит в том, что это соли электролиты и они повышают растворимость цементных минералов и реакция гидратации протекает быстрее. Требования к добавкам ускорения по ГОСТ 24211 – 2008 состоят в том, что они должны обеспечивать в первые сутки твердения бетона прирост прочности не менее 30 %. Надо также отметить, что эти добавки в большинстве своём известны как противоморозные.
Снижение водоцементного соотношения (В/Ц)
Чем меньше воды, тем быстрее вода с цементом переходят в насыщенное состояние и активизируется рост кристаллизации цементного камня. Ну а если воды больше, то насыщение раствора и рост кристаллизации будет проходить в удлинённые сроки. То есть можно сказать так – бетон с низким В/Ц быстрее приобретёт распалубочную прочность, нежели с высоким.
А это очень важно в условиях ускорения строительных сроков.
Для регуляции В/Ц применяются пластификаторы, которые и позволяют снижать содержание воды в бетонной смеси.
Использование микрокремнезёма SiO2
Это побочный продукт некоторых металлургических производств, которые работают с кремнесодержащими металлами, сплавами и в виде золы уноса собираются и добавляют в бетонные смеси. Химия этого процесса ускорения заключается в следующем: вода вступает во взаимодействие с цементом и образуется портландит (Ca(OH)2) плюс ещё много чего. Но при добавлении микрокремнезёма он вступает в реакцию с портландитом и связывает его, и реакция образования портландита ускоряется по законам химии. При добавлении кремнезёма прирост прочности бетона в первые двое суток составляет от 50 до 80%.
Использование быстротвердеющих цементов
Это такой е портландцемент, но с большей удельной поверхностью. Поэтому некоторые железобетонные заводы докупают к своим технологическим процессам шаровые мельницы и подвергают обычные, низкомарочные цементы дополнительному помолу. На выходе получается цемент, который быстро твердеет и решает задачу ускорения производства ж/б изделий. Есть цементы, которые за счёт быстропротекающей реакции набирают прочность стремительно. Например, глинозёмистый, который может набирать 100 % прочность за 3 суток.
Но у них есть недостаток – они дороги.
Обзор российских и иностранных регуляторов сроков схватывания и твердения цемента
Универсал П-2
Является пластифицирующей добавкой, которая позволяет снизить расход воды на 12 %. Набор роста прочности в первые сутки не менее 50%. Увеличивает морозостойкость на 1-2 марки. Повышает водонепроницаемость на 2 позиции. Не содержит веществ, провоцирующих коррозию арматуры. Применяется для всех видов бетонов, включая преднапряжённые и особо ответственные конструкции.
Форт УП-2
Комплексная добавка для бетонных смесей и цементно-песчаных растворов. Добавляет составам рост сроков схватывания и твердения. Прирост прочности в течение первых суток твердения более 30 %. Позволяет полностью отказаться от тепло-влажностной обработки при температуре ≥15℃. Повышает конечную прочность бетона на 10 %, что позволяет экономить до 12 % цемента. Улучшает удобоукладываемость и сохранность бетонной смеси.
Асилин 12
Жидкий ускоритель для работы с бетонами и растворами при пониженных и повышенных температурах. Применяется при производстве пенобетона, снижает усадку при протекании реакции вспучивания. Прирост прочности по отношению к регламентной – 30 %. Безвреден при работе с ним, не горит. Содержание по отношению к массе цемента – 0.4-1% для пенобетонов, 0.5-2 % для тяжёлых.
Хлористый кальций
Добавка, позволяющая в дополнение к ускорению твердения ещё повысить износостойкость и устойчивость к атмосферным осадкам. Применение хлористого кальция даёт прирост прочности во время твердения в 2-3 раза. Эта добавка набирает влагу из воздуха и пускает её на гидратацию цемента. Такой эффект важен при высоких атмосферных температурах.
Но требуется осторожность при изготовлении армированных бетонов, в больших количествах может отрицательно сказаться на коррозии арматуры.
Релаксол
Выполняет две функции – как ускоритель и противоморозная добавка. Ускоряет твердение на 40 % в первые трое суток. Дозировка – 0.5-2 % от массы цемента.
Реламикс
Целая линейка суперпластификаторов ускорителей твердения. Снижает расходы на пропарку изделий, а в отдельных случаях и вовсе позволяет отказаться от неё. Дозировка – 0.6-1 %.
CemStone
В строительстве бывают ситуации, когда требуется продлить сроки начала схватывания и твердения вяжущего. Это позволяет сохранить смесь в рабочем состоянии на несколько часов. Таковой является эта пластифицирующая добавка. Её действие основано на замедлении начала химического процесса гидратации цемента, т. е. с запаздыванием кристаллизации. Такая добавка наоборот снижает набор прочности в первые 7 суток на 30 %. Но к 28 суткам набирает необходимые 100 %.
Видео
Для рукастых домохозяев вот видео:
Ускорение твердения бетона
Температурный или физический способ ускорения твердения бетона
Одним из наиболее популярных способов ускорения твердения бетона является увеличение температуры. И тут может быть несколько вариантов. Один из них – использование камер термовлажностной обработки. В эти камеры можно погрузить бетон сравнительно малого объема, который может пригодиться в первую очередь при изготовлении штучных изделий, например, бетонных блоков. Еще одним способом ускорения затвердевания бетона является поверхностный прогрев. Здесь поле действия уже несколько шире, и этот метод может использоваться при заливке плит для железнодорожных платформ и многих других сооружений.
Чтобы понять принципы химических процессов внутри тела, нет необходимости быть академиком и даже глубоко погружаться в точные науки. Достаточно понять, что чем выше температура, тем быстрее происходит химическая реакция. Можно провести аналогию с нашими мышцами. Перед каждой тренировкой мы усиленно разминаем мышцы и прогреваем их, лишь только после этого приступая непосредственно к тренировке. Этот процесс делает занятие более эффективным за счет того, что при более высоких температурах химические реакции в организме, в частности, окисление белка, будет происходить существенно быстрее. В бетоне происходят схожие процессы. За счет повышения температуры цементный раствор быстрее соединяется с песком и крупным заполнителем. А это значит, что набор прочностных характеристик будет происходить существенно быстрее.
Добавки являются вторым по популярности способом ускорить реакцию твердения бетона. Преимуществом этого способа, помимо увеличения скорости твердения, является и увеличение самих прочностных характеристик бетона. Добавок для ускорения химической реакции существует множество, поэтому предлагаю рассмотреть некоторые из них.
2) Микрокремнезем. Химическая формула – SiO2. Основной способ его получения – отходы от производства металлургических заводов. И второй способ – кварцевый песок, применяемый в автоклавных газобетонах. Песок сам по себе не взаимодействует с известью. Необходимо, чтобы химическая реакция протекала в автоклаве, иначе говоря, для этого необходимо высокое давление и температура. Но микрокремнезём имеет высокую дисперсность при схожем с песком составе, а значит, для взаимодействия не нужен никакой автоклав. Это самый лучший упрочняющий и ускоряющий твердение компонент, который применяется в бетонах, начиная от марки М700. Портландит, образующийся при соединении цемента и воды активно вступает в реакцию с микрокремнеземом, тем самым давая быструю реакцию твердения. Также для повышения удобоукладываемости нам приходится добавлять воду, ведь микрокремнезем, как мы заметили ранее, очень дисперсное вещество. А добавляя воду, мы изменяем водоцементное соотношение, что опять же негативно может сказаться в будущем. Ну и чтобы снизить это количество воды, нам необходимо применять пластификаторы.
Но отдельно стоит упомянуть и о минусах применения таких добавок. Все они имеют минеральное происхождение, а это значит, что вам регулярно придется проводить мероприятия, направленные на борьбу с высолами. Высолы, как уже неоднократно упоминалось в наших статьях, – бич современного строительства, и многие эксплуатационные службы попросту не хотят с ними бороться, т.к. делать это на «кустарном» уровне попросту бесполезно. Для эффективной борьбы стоит применять специальные гидрофобизаторы на этапе заливки бетона и после, наряду с нанесением гидроизоляции наносить еще и гидрофобизирующую пропитку. Этот комплекс мер просто необходим, если вы желаете продлить жизнь бетонной конструкции как минимум до положенных ей 50-70 лет.
Добавки в бетон своими руками
Базовой характеристикой бетона и цементосодержащих растворов является прочность на сжатие готовых изделий. Процесс схватывания и набора прочности залитого раствора привязан к гидратации цемента. Входящие в его состав минералы реагируют с водой и атмосферной углекислотой, что ведет к созданию прочной кристаллической структуры, которая, в свою очередь, связывает наполнитель: песок, гравий, шлак, щебень, керамзит. В данной статье мы коснемся основных добавок в бетон и цементный раствор, модифицирующий их свойства и, которые можно сделать своими руками в бытовых условиях квартиры или дачи.
В рецептах ниже будем считать, что 1 мешок цемента составляет 50кг. если явно не указано иное.
Итак, как самостоятельно приготовить бетон:
Пропорции в технологии приготовления бетона не даны, т.к. для разных целей требуется и разный его состав. Фундаменты под дом или крупные строения требуют включения крупных заполнителей и цементный раствор нужен достаточно текучим и в количестве, достаточном для их сцепления/закрепления. Наиболее распространены пропорции бетонного раствора 1:3:6, где соответственно цемент, песок и заполнитель + к этому 0,5-1 воды. Покомпонентный с пропорциями состав бетона изложен в ГОСТ 7473-94 и СНиП 5.01.23-83.
Пластификаторы своими руками
История знает много рецептов и методик по улучшению характеристик бетона. Например уже в 19 веке для увеличения пластичности и адгезии в раствор добавляли белок от куриного яйца, в 20-м веке, после появления гашеной извести (пушонки), переключились на нее. Сейчас в домашних условиях иногда добавляют стиральный порошок или другие моющие средства.
Приготовление в домашних условиях пластификатора для бетона и цементного раствора своими руками
Рецепт 1: добавляем жидкое мыло или шампунь
Вводится при затворении смеси. Требуется 200-250 мл на 50 кг цемента (далее мешок).
Имейте в виду, что если не сократить кол-во воды на 200-250 мл. (т.е. на количество добавленного нами жидкого мыла) – время застывания бетона увеличится на 3 часа.
Рецепт 2: добавляем стиральный порошок
Предварительно растворяется в воде. Вводится при затворении смеси. Требуется 100-150 г. на мешок цемента.
Комментарий к Рецептам 1 и 2:
Стоит учесть, что мыльный раствор заливается первым и мешать надо очень аккуратно – это позволит избежать появления пены, которая при взаимодействии мелкими частицами цемента нивелирует его свойства – т.е. испортит цементосодержащий раствор.
Какие недостатки и проблемы можно получить от применения такого мыльного пластификатора:
Рецепт 2: добавляем гашеную известь-пушенку
Данная технология, возможно с небольшими отступлениями, широко применялась при строительстве кирпичных домов в советское время. Гашеная известь придает раствору повышенную клейкость и эластичность, добавляет сцепляющих возможностей, а также придает бетону бактерицидные свойства и предотвращает появление на поверхности плесени и грибка.
Как и мыльный раствор, гашеную известь добавляют первой в количестве не более 15-20% от массы цемента.
Рецепт 2: добавляем клей ПВА
Технология широко применяется в дачном строительстве и ремонтных работах в гаражах и квартирах. Клей ПВА, добавленный в цементный раствор, улучшает его подвижность, повышает итоговую прочность и водостойкость бетона.
Вводится при затворении смеси. Требуется 200 г. на ведро раствора.
Противоморозные добавки
Позволяют заливать опалубку и заливочные формы с очень низкими теплоизолирующими свойствами при минусовых температурах не допуская, при этом!, замерзания воды в растворе. Регламентируется согласно ГОСТ 1006(0-4)-95.
Противоморозные добавки своими руками в бетон и цементосодержащий раствор в домашних условиях
В нашей стране в качестве противоморозной добавки часто используют соли (хлориды). Хлористая соль сильно опускает температуру замерзания жидкостей в растворе и, как следствие, уменьшает время его схватывания дополнительно сокращая расход цемента. Т.е. по сути есть 2 проверенных и доступных варианта: соль хлорид натрия (по сути это техническая соль) и хлорид кальция (на данный момент недорогая и эффективная противоморозная добавка).
К недостаткам применения соли можно отнести невозможность ее применения при работе с армированными металлом (арматурой, металлической фиброй) бетона, т.к. соли способствуют коррозии. Выходом из ситуации может стать добавление в раствор ингибиторов коррозии (например Нитрит-нитрат кальция добавляется в от же количестве, что и соль).
Вводится вместе с водой затворения в процессе размешивания раствора.
Ускорители твердения
Ускорители твердения, схватывания, застывания и гидратации цементосодержащей смеси (бетона) своими руками в бытовых условиях
Если нет спец. оборудования, то используют электропрогрев самого бетона или опалубки.
Электропрогрев бетона проводами
Перед заливкой внутри каркаса из арматуры, укладывают петли из ПНСВ, которые будут нагреваться понижающим трансформатором. Кабель надо укладывать аккуратно, закрепив к каркасу и не перетерев, при этом, изоляцию. При поврежденной изоляции возникнет КЗ через землю и петля целиком выйдет из строя.
Электропрогрев бетона электродами
Технология прогрева опалубки электродами аналогичен по сути методу с ПНСВ. Отличие лишь в том, что в этом способе нагревательный элемент это арматура и/или катанка (8-10 мм). Технология удобна при возведении вертикальных бетоноконструкций с применением вертикальной опалубки.
Электроды для удобства втыкают сразу после этапа заливки бетона на расстоянии 0,6-1 м между прутками. Интервалы выбираются в зависимости от температуры по принципу: чем ниже, тем меньше расстояние. Особенностью такого подхода является то, что нагрев идет не электродов, а жидкости между ними по принципу кипятильника из двух лезвий. Так, например, для прогрева столба хватит всего одного прутка арматуры, который будет фазой, а роль земли возьмет на себя металлический каркас.
Недостатком прогрева электродами является высокая энергозатратность, т.к. только один электрод потребляет 45-50А.
Электропрогрев опалубки бетона
Достоинством технологии электропрогрева опалубки являются:
К недостаткам можно отнести высокую стоимость при работе с малыми и нестандартными конструкциями.
Замедлители твердения
В основном применяются при транспортировке бетонных и цементосодержащих растворов, а в бытовых условиях необходимость в них крайне мала, т.к. даже в рамках дачи всегда можно сделать ровно то количество бетонного раствора, которое необходимо.
Применяется как альтернатива армирующей сетке или как дополняющий элемент, способствует борьбе с образованием микротрещин в бетоне. Заводы выпускают металлическую, полипропиленовую, базальтовую, полиэфирную фибру и стекловолокно. Современные технологии позволяют выпускать микроармирующие добавки, способные полностью выдавить традиционные методы армирования из ряда строительных и производственных отраслей. Например уже редко где встретишь армированные бордюры, колодезные кольца и т.д.
В домашних условиях изготовить качественное фиброволокно из полипропилена или базальта крайне сложно, а точнее даже невозможно, но металлическое волокно сделать вполне реально.
Фибра и фиброволокно своими руками в домашних условиях
Еще в стародавние времена роль микроармирующего элемента выполняли подручные материалы и мы до сих пор можем встретить избы-мазанки при изготовлении стен, которых использовалась солома или сено. Сейчас практикуется нарезка проволоки нужной длины, но надо понимать, что характеристики сильно зависят от формы.