Схватывание бетона при низких температурах: Бетонные работы при низких температурах: все нюансы и правила

Бетонные работы при низких температурах: все нюансы и правила

Построить дом, в котором будет собираться большая семья, чтобы вместе отметить праздники и радостные события – мечта любого мужчины. Как правило, у каждого хозяина, желающего построить свой дом, возникает множество вопросов, в которых он желает разобраться самостоятельно, не обращаясь к помощи специалистов. Это и самолюбие потешит и немало денег сэкономит. Однако большинство мужчин останавливает одна и та же проблема – решить, в какое время года строить дом. Раньше считалось, что это возможно только летом, но научный прогресс позволяет строить жилье и зимой. Единственный нюанс – стоит заранее выяснить, при какой температуре можно производить бетонные работы.

Преимущества и недостатки зимних работ

Бетонирование при отрицательных температурах имеет свои преимущества и изъяны, о которых нельзя забывать.

Свои преимущества имеет бетонирование при отрицательных температурах

Преимущества:

1. Возможность залить бетон на сыпучем грунте. В тёплое время года почва осыпается, что затрудняет качественную укладку покрытия.
2. Меньшая стоимость работ. Зимний период традиционно считается неподходящим для строительства, поэтому многие магазины делают скидки на материалы, необходимые для строительства дома.
3. Ускоренное оказание услуг. Неприятная погода буквально заставляет сотрудников работать быстрее, что значительно снижает временные затраты.

Недостатки:

1. При выборе рабочих следует рассматривать мастеров, которые способны выполнять заливку бетона зимой. Это связано с тем, что большинство строителей работают только летом.
2. Велик риск того, что бетонная смесь замёрзнет, и строительные работы придётся приостановить до тех пор, пока температура внешней среды не достигнет положительных значений.
3. Зимой световой день короче, чем летом, поэтому потребуется купить оборудование для дополнительного освещения. Как правило, это требует немалых растрат.
4. Заливка фундамента на замёрзшую землю грозит проседанием и возникновением трещин, так как при размерзании земля проседает.

Как влияют на бетон отрицательные температуры?

Согласно п. 5.3.15. СП 70.13330.2012 СНиП 3.03.01-87, проведение укладки бетона при отрицательных температурах возможно только при создании особых условий, обеспечивающих необходимые свойства бетона.

Только при создании особых условий возможно заливка бетона при отрицательных температурах

Качество раствора при различных температурах

Укладка бетона при минусовой температуре приводит к появлению неисправимых изменений в структуре.

В связи с этим следует помнить об особенностях работы в зимнее время:

• раствор, приготовленный в летний зной, имеет более высокую стойкость и быстрее застывает, чем смесь, приготовленная зимой;
• при работе в ледяной холод качество раствора резко падает. Об этом свидетельствует видимая деформация изделия. Поэтому температура укладки бетона должна быть выше 0°C.

Физико-химические процессы

Созревание бетона при низких температурах занимает большее количество времени и рискованно появлением дефектов на готовой конструкции. Самой низкой температурой для естественного протекания процесса считается +4 °C.

Гидратация бетона при отрицательных температурах замедляется, химически несвязанная вода переходит в состояние льда, увеличивая свой объём на 9,7 %. Из-за этого в смеси возникают напряжения, которые разрушают его структуру. Замёрзший бетон обретает высокую прочность благодаря сцеплению молекул замёрзшей воды, но это ненадолго.

При увеличении температуры внешнего мира выше 0 градусов, вода начнёт оттаивать, что возобновит гидратацию. Но изменение структуры бетона не позволит набрать необходимую проектную прочность. Исследования показывают, что влияние пониженной температуры не меняет физико-химические характеристики бетона, если до замерзания смесь набрала 30-50% проектной прочности.

Большее количество времени занимает созревание бетона при низких температурах

Схватывание и твердение бетона при низких температурах по дням

Чтобы выяснить наиболее подходящее время для начала проведения строительных работ, следует обратить внимание на график, где показано твердение бетона при низких температурах. Каждый производитель строительного материала размещает таблицу с информацией о застывании бетона при низких температурах на упаковке. Лучшим временем считается момент, когда прочность бетона составляет не менее 72%. Чтобы лучше понимать, как рассчитать время работы, следует изучить пример, в котором описано схватывание бетона при низких температурах по дням.

Методы зимнего бетонирования

Если работа осуществляется при пониженной температуре, то следует заранее позаботиться о том, чтобы раствор не замерзал. Опытные строители выбрали несколько способов, которые позволяют выполнять производство бетонных работ при отрицательных температурах.

Повышение температуры в процессе замеса

Работа при показателях ртутного столбика ниже 0°C отличается своей спецификой. Прежде чем укладывать смесь, необходимо её нагреть до определённой температуры. Процедура направлена на повышение порога критической прочности бетона. Это величина, определяющая минимальную прочность, которую нужно набрать бетону до обморожения. Работа в холод повышает риск того, что разрушится структура бетона и его дальнейшее вызревание будет невозможно.

Подогрев и утепление раствора

Научные достижения предлагают немало различных методик, позволяющих добиться необходимой температуры.

Немало различных методик предлагают научные достижения

Среди наиболее популярных выделяют:

1. Внутренний подогрев строительной конструкции. Изнутри перекрытия закладывают специальные провода. Это создаёт необходимые условия для застывания раствора.
2. Обогрев смеси с внешней стороны. Повышают температуру окружающей среды на определённом участке строительных работ. Для успешного бетонирования используют тепловые пушки (строительные обогреватели) и разборные сооружения («тепляки»).
3. Несъёмная теплоизоляционная опалубка. Такой метод применим, если температура внешнего мира будет не менее — 5°C. Эта система обеспечивает условия для твердения бетона с помощью требуемой температуры.

Использование противоморозных добавок

Опытные мастера вместе с подогревом раствора применяют противоморозные добавки.

Профессионалы утверждают, что это доступный и простой метод бетонирования при низких температурах. Составы делят на 2 группы:

1. Тормозящие процесс кристаллизации воды. Составы содержат компоненты, которые обеспечивают полимеризацию раствора в холод.
2. Ускоряющие затвердевание. Используя эти компоненты, строители сокращают время затвердевания бетона.

Как правило, противоморозные компоненты составляют 2-10% от цементной основы. Их использование делает возможным осуществление работы при температуре -25 °C.

Противоморозные добавки применяют для строительных работ зимой

Среди наиболее распространённых противоморозных добавок:

• углекислый калий (поташ). Свою популярность этот компонент приобрел за счёт того, что не провоцирует образования ржавчины на металлических конструкциях. Процесс полимеризации продолжается даже при температуре -25 °C. Использование поташа гарантирует отсутствие соляных следов. Однако углекислый калий имеет свою особенность – смесь быстро схватывается. Так что рекомендуется использовать раствор не позже, чем через 50 минут с момента приготовления;
• нитрит натрия. Этот модификатор даёт возможность проводить строительные работы при температуре до -19 °C, а также наделяет антикоррозийными свойствами. Однако использование этого компонента приводит к появлению солевых следов на готовом изделии;
• хлорид кальция. Способствует застыванию бетона, даже если на улице -20 °C, а также увеличивает скорость схватывания смеси. В силу своей природы, состав может оставлять соляные разводы на застывшем бетоне.

Особенности заливки бетона при разных погодных условиях

Заливка бетона в жаркую погоду

Заливка бетона в палящий зной станет настоящим испытанием для тех, кто любит медлить.

Настоящим испытанием станет заливка бетона в палящий зной

Пол быстро затвердевает, поэтому необходимо придерживаться определённых правил:

• обязательное использование гидроизоляции. Даже если она не требуется в силу погодных условий, её наличие не позволит влаге просачиваться в грунт;
• большее количество сотрудников увеличит скорость выполнения работы и обеспечит качественное покрытие поверхности;
• отделка плиты двумя способами – с алюминиевой тёркой и стальным предметом, обеспечит качественное покрытие;
• чтобы получить немного дополнительного времени на выполнение работы, следует использовать более влажную смесь;
• следует приступать к увлажнению плиты сразу после того, как затвердела обработанная поверхность.

Работа в прохладное время года

При работе в морозную погоду бетон твердеет медленно. Когда плита будет уложена, нужно выждать не менее часа, прежде чем приступить к ручной затирке.

В силу того, что выполнение этого этапа требует большей скорости, чем те же самые действия в жаркий день, то необходимо следовать некоторым советам:

• не стоит увлажнять бетон больше, чем необходимо;
• если погодные условия не требуют использования полиэтиленовой гидроизоляции, стоит дать возможность влаге выйти в грунт. Это ускорит затвердевание бетона;
• следует заполнять участок смесью как можно раньше, это обеспечит более быструю готовность работы, так как днём температура воздуха более высокая, соответственно, смесь застывает быстрее.

Медленно твердеет бетон при работе в морозную погоду

Заливка бетона в холодную погоду

Заливка бетона при отрицательных температурах требует создания особых условий. Раствор не должен замерзать, иначе тонко отшлифованная поверхность плиты станет кашеобразной.

Чтобы обеспечить наиболее качественное покрытие при выполнении работ в холодную погоду, требуется запомнить некоторые особенности:

• следует попросить поставщика, чтобы он смешивал раствор тёплой водой в те дни, когда температура ниже точки замерзания. Это помогает избежать проблем при транспортировке смеси;
• добавление в состав смеси негашёной извести ускоряет первоначальное затвердевание бетона и позволит более стойко сопротивляться разрушающим факторам при оттаивании или замораживании. Количество извести обычно составляет 0,5 — 2% от массы смеси;
• важно помнить о том, что использование большого количества смеси также проблематично, как и работа в жаркую погоду. Добавление извести делает состав агрессивным по отношению к стали, этот компонент нельзя использовать при работе с бетоном, усиленном стальными конструкциями;
• следует убедиться в том, что подушка из щебня не замёрзла;
• необходимо обеспечить дополнительный обогрев здания, в котором ведутся работы;
• покрыть готовую плиту полиэтиленом и накрыть слоем сена или соломы, толщиной более 100 мм, чтобы обеспечить теплоизоляцию.

Рекомендации при зимнем бетонировании

В силу своего химического состава, бетон при минусовой температуре не способен сохранить хорошее качество.

При желании совершить укладку смеси в холод, следует придерживаться некоторых правил:

• необходимо подготовить вспомогательные конструкции. Требуется очистить опалубку от льда и осадков и разогреть арматурные конструкции и дно до достижения требуемой температуры. Для этого потребуются обогревательные элементы;
• использование плиточного фундамента. Это делает невозможным поддержание необходимой температуры в ледяной холод. Опытные строители заливают такой тип основания только при показателях ртутного столба выше 0°C или небольших заморозках;
• применение ленточного фундамента в качестве основания. В силу возможности поэтапного выполнения работы, такой вариант наиболее приемлем для возведения жилья в холодную погоду. Лучше создавать обогревательные комплексы для застывания бетона на определённых участках;
• непрерывность работы. Если фундамент необходимо заливать частями, каждую последующую локацию необходимо заполнить до того, как схватиться первая;
• совмещение методов. Практика показывает, что лучшего результата удаётся достичь при использовании нескольких методов зимнего бетонирования.

Даже несмотря на всю доступность стройки в морозное время года, необходимо помнить о том, что это влечёт за собой лишние затраты времени, денег и сил. Поэтому лучше заливать бетон в тёплое время года.

Температура застывания бетона: низкая, минимальная и оптимальная

От прочности фундамента будут зависеть качество и долговечность здания. При подготовке такого «нулевого» цикла работ требуется соблюдать многие факторы и тщательно ознакомиться с информацией о температуре застывания бетона. Если не учитывать условия погоды при заливке фундамента, качество и марку раствора, температурные режимы его застывания и виды добавок, то такая трудоёмкая работа может оказаться напрасной.

Подготовка к заливке фундамента

Иногда строительство капитальных сооружений, особенно частных, происходит без учёта времени года. Это может быть оправданным решением, но сложностей окажется немало уже на стадии подготовительных работ. Они состоят из нескольких этапов:

1. Площадь, предназначенная под фундамент, должна быть очищена от верхнего слоя почвы и размечена в соответствии с проектом. При морозной погоде это будет довольно трудоёмкой задачей.
2. Далее нужно произвести разметку ширины траншеи под фундамент. Глубина её определяется глубиной промерзания грунта, этажностью возводимого сооружения, материалом, который будет использоваться при строительстве. Землеройная техника не всегда применима, так как стенки траншеи должны быть узкими, глубокими и ровными.
3. Для гидроизоляции и укрепления дно котлована трамбуется песком (слоем в 90—150 мм), затем щебнем. Обычно зимой этот строительный материал находится в подмёрзшем состоянии. Есть вероятность того, что с потеплением утрамбованный слой потеряет нужную плотность, а это может отразиться на прочности будущей постройки.
4. Следующий этап работ — установка опалубки. Используются для этого доски или деревянные щиты, а для гидроизоляции — плотная полиэтиленовая плёнка. Сильный мороз влияет на эластичность плёнки. Она становится ломкой, на ней возможно появление прорех, что нарушает гидроизоляцию фундамента.
5. Дальше изготавливается армированная конструкция, которую можно сварить или скрутить при помощи стальной проволоки. Толщина используемой арматуры составляет от 8 до 18 мм. Одно из свойств стали — сужаться или расширяться при перепадах температуры, поэтому сваренный арматурный каркас на сильном морозе при повышении температуры будет менять свои размеры, что отразится на прочности фундамента.

Преимущества зимних работ

Иногда возникают ситуации, когда изготовление фундамента в зимнее время будет лучшим вариантом. Для этого могут быть разные причины:

1. Особенности почвы местности. Если грунт сыпучий, лучше возводить фундамент в мёрзлой почве для сохранения нужной формы котлована.
2. Климатические условия региона в летнее время не позволяют проводить строительные работы.
3. К стройке в зимнее время прибегают с целью экономии средств. В этот период цены на строительные материалы снижаются.
4. Строительные фирмы снижают стоимость услуг, так как резко падает спрос на их деятельность в зимнее время.

После подготовительных работ можно приступать к расчёту состава бетонного раствора, обязательно учитывая то, при какой температуре будет происходить его заливка в опалубку.

Твердение бетонной массы зимой

В какое время года не проводилась бы заливка фундамента, раствор готовят из цемента и щебня средней величины с добавлением пластификаторов. С добавками бетон приобретает прочность, улучшаются его состояние и влагостойкость. Пластификаторы повышают устойчивость раствора к морозам, поэтому их часто применяют, изготавливая фундамент при низких температурах воздуха.

Минимальная температура застывания бетона составляет не ниже +5 °C. Это крайний показатель для качественного созревания. Но и жаркая погода не особо подходит для строительных работ. Оптимальный температурный режим — от +15 до +20 °C. Соблюдая такие условия, можно создать без дополнительных затрат и технологий прочное основание под возведение здания.

Необходимо знать, при какой температуре застывает бетон. Нормальной температурой воздуха для его затвердения специалисты считают от +15 до +20 °C. Период застывания фундамента длится около 30 дней. Если температура ниже нормы, твердение бетона происходит медленнее — он достигнет нужной прочности примерно через 60 дней. Когда температура ниже 0 °C, процесс приостанавливается. При минусовой температуре залитый в опалубку раствор замораживается. Если фундамент уже успел набрать необходимую прочность, то весной после оттаивания продолжится процесс его твердения до полноценного конечного результата.

В случае недостаточной прочности перед замораживанием качество монолита будет неудовлетворительным. Вода в бетонном растворе при замерзании превратится в лёд и увеличится в объёме, что приведёт к пористости и трещинам в бетоне. В итоге сократятся эксплуатационные сроки строения.

Существуют методы, с помощью которых твердение бетона при низких температурах можно довести до состояния критической прочности к моменту его замерзания. По действию они делятся на три вида:

• обеспечивается внешний уход за залитым в опалубку раствором до степени критической прочности;
• с помощью электроподогрева повышается температура бетонной массы до момента максимального твердения;
• введение в раствор модификаторов, ускоряющих процесс застывания.

Возможность зимнего бетонирования зависит от многих факторов: наличия на строительной площадке источников питания, погодных условий на момент твердения, возможности доставки разогретого бетона. Самым простым и экономически выгодным методом является внесение в раствор модификаторов.

Добавки в раствор

Осуществляя способ бетонирования с использованием добавок, заливку раствора зимой производят без прогрева. Добавки применяются в холодную пору и делятся на два вида:

1. Вещества, которые понижают точку замерзания воды в бетонном растворе: поташ, хлориды кальция, натрия, нитрит натрия и их сочетания. Они обеспечивают довольно хорошее твердение при отрицательных температурах. Разновидность добавки подбирается согласно требованиям к температуре затвердения раствора.
2. Компоненты, которые ускоряют период твердения. Это модификаторы. К ним относятся поташ и содержащие в своём составе смеси хлорида кальция с мочевиной или нитритом кальция.

Объем химических соединений, вводимых в раствор, составляет от 2 до 10% от веса цементного порошка. Количество их определяют согласно ожидаемой температуры твердения бетона. С использованием противоморозных добавок возможно проведение бетонирования и при -25 °C. Но такие эксперименты не рекомендуется делать частным строителям. Заливка при минимальных температурах сопровождается рядом особенностей и требований по выполнению работ. Главным моментом является недопущение заморозки и разморозки раствора.

Единственным достоинством возведения фундамента в зимние месяцы является то, что уже ранней весной можно будет начать строительные, а затем отделочные работы и продолжить их до конца осени.

Твердение бетона в зависимости от температуры

Время застывания бетона в зависимости от температуры окружающего воздуха.

Процесс твердения бетонного раствора относится к значимым этапам производства строительных работ. От его продолжительности, в конечном итоге, зависит прочность монолитной конструкции. После заливки смеси в опалубку, по графикам или таблицам устанавливается приблизительное время застывания бетона, в зависимости от температуры и влажности окружающего воздуха. Также учитывается проектная марка искусственного камня.

Время твердения бетона в зависимости от температуры.

Что влияет на сроки твердения бетонной массы.

Температурно-влажностный режим играет огромную роль в процессе схватывания и отверждения бетона. В жаркие дни поверхность монолита смачивают водой, чтобы цементному порошку хватило жидкой составляющей для полноценного завершения химических реакций. В таких условиях схватывание камня происходит гораздо быстрее, чем при низких температурах. Следует принимать во внимание тот факт, что минусовые значения и недостача воды способны даже остановить застывание растворной массы.

Лабораторные исследования показали, что оптимальной температурой окружающего воздуха для начала и продолжения процесса твердения бетона является 20-30 градусов. При этом влажность на его поверхности должна составлять не менее 90 процентов, что достигается путем полива и накрытия глыбы полиэтиленовой пленкой или рубероидом. Описанные условия позволят камню набрать 70-типроцентную прочность в течение первых пяти-семи дней после заливки опалубки. Марочные же показатели достигаются через две-четыре недели.

Скорость твердения бетона в зависимости от температуры.

Конечно же, лабораторные условия перенести в реальность не представляется возможным. На открытых площадках температура и влажность постоянно меняются в зависимости от:

• времени суток;
• сезонных изменений;
• климатических особенностей;
• наличия атмосферных осадков и т.д.

Фактически, набор бетоном прочности на сжатие происходит намного дольше 28 суток, но последующий процесс твердения продвигается настолько медленно по сравнению с первой семидневкой, что после четырех недель его в большинстве случаев не принимают во внимание. Хотя при неблагоприятных условиях, спровоцированных низкой температурой, сроки застывания увеличивают на несколько дней, а то и недель.

Твердение бетона.

В промышленных условиях заливку бетона допускается выполнять при минусовых температурах. Для предотвращения замерзания воды в растворе и для ускорения отверждения бетонной массы, производится ее принудительный прогрев. Нередко в раствор подмешивают специальные добавки.

Частным застройщикам рекомендуется заливать монолитные конструкции в летний период года, когда среднесуточная температура не опускается ниже 15-20 градусов.

Проведение работ следует планировать заранее. Важно позаботиться о том, чтобы срок застывания бетона закончился раньше наступления холодных ночей. В случае понижения среднесуточной температуры до уровня +5 градусов, находящийся в процессе твердения камень накрывают теплоизолирующими материалами, а при угрозе появления заморозков – над монолитной глыбой устанавливают парник.

Сроки твердения бетона в зависимости от внешних факторов.

Как упоминалось выше, продолжительность застывания бетонной массы увеличивается по мере снижения температуры окружающего воздуха. В идеале, бетон марки М300 набирает стопроцентную прочность на сжатие при +20 градусах через 28 суток, тогда как при среднесуточных показателях температуры в пределах +5 градусов прочность за четыре недели сможет достичь лишь 77 процентов. Рассматривая графики твердения бетонного камня, представляющие собой выгнутые линии, можно с уверенностью сказать, что в последнем случае срок набора проектной прочности увеличится вдвое по сравнению с предыдущим вариантом.

График твердения бетона в зависимости от температуры.

В определенных случаях пригрузка бетонных конструкций разрешается после 50-процентного отверждения монолита. Здесь зависимость прочности от температуры выглядит следующим образом:

• при +20 градусах должно пройти более 3 суток после заливки опалубки;
• при +10 градусах – не менее 5 суток;
• при +5 – 8 дней и более.

В жаркую погоду, когда столбик термометра поднимается выше 30 градусов, для набора 55-процентной прочности может понадобиться всего лишь 48 часов. Но при столь быстром застывании бетона нагружать конструкцию рекомендуется, все же, не раньше чем через 4-5 суток. В таком случае лучше будет перестраховаться, чем переделывать работу.

Зависимость прочности бетона от температуры затвердевания.

Как правило, нормальной температурой твердения бетона принято считать 15 – 20°. Чем ниже температура, тем медленнее нарастает прочность. Если отметка падает ниже ноля, бетон будет твердеть только в том случае, если в воду добавлены соли, которые снижают точку замерзания.

В случае, когда бетон начал твердеть, а затем замерз, после оттаивания процесс продолжится. Если замерзшая вода изначально не повредила структуру бетона, то прочность материала значительно возрастет.

Твердение при высоких температурах.

В условиях повышенной температуры бетон затвердевает быстрее, особенно если процесс происходит в условиях повышенной влажности. При высоких температурах сложно защитить бетон от высыхания, потому нельзя нагревать его сильнее 85°. Пример исключения – обработка в автоклавах паром под высоким давлением на заводах.

Прочность бетона, который твердеет при разных температурах (скорость не имеет значения), приблизительно определяется по проектным показателям бетона R28 умножением на коэффициенты таблицы С. А. Миронова (см. таблицу). R28 затвердевает при нормальной температуре за 28 дней.

Производство работ и основные требования к бетону в зимний период.

Важно, чтобы бетон, уложенный в зимнее время, затвердел и набрал прочность этой же зимой. Прочности должно хватить на распалубку, частичную или даже полную загрузку строения.

В любом случае, бетон не должен замерзнуть пока не наберет хотя бы половину своей проектной прочности. Даже если используются быстротвердеющие материалы, время затвердевания в теплых условиях не должно быть менее 2 – 3 суток, если используется обычный бетон – от 5 до 7 суток.

Негативное влияние низких температур.

Как показывает практика, замерзание бетона на раннем этапе сильно снижает его надежность в дальнейшем. Замерзающая вода в свежем растворе нарушает связь между цементным камнем и заполнителем, а также сцепление с арматурой в железобетонных конструкциях.

Чем позднее бетон замерз, тем выше его прочность. Чтобы бетон набрал нужные характеристики, зимой нужно обеспечить его затвердевание в теплых и влажных условиях на весь необходимый срок.

Обеспечение правильного твердения бетона зимой.

Стимулировать процесс можно двумя путями:

• используя внутреннее тепло бетона;
• передавая дополнительное тепло извне.

В первом случае нужно использовать только быстротвердеющие высокопрочные марки цемента, например, глиноземистый или портландцемент. Рекомендуется также применить ускоритель твердения, такой как хлористый кальций, уменьшить объем воды в растворе, уплотнить его высококачественными вибраторами. Это позволит бетону набрать нужную прочность не за 28 дней, а всего за 3 – 5 суток.

Температура твердения бетона.

Какое время необходимо застывания бетона, есть ли зависимость от температуры.

Прочность бетона – это главная его характеристика, благодаря которой удается определить качество монолитно сооружения. Причина в том, что прочность напрямую связан со структурой бетонного камня. Процесс твердение бетона очень сложный. В ходе таких мероприятий происходит взаимодействие цемента и воды.

Здесь указано сколько времени застывает бетон.

Результатом гидратации цемента становится образование новых соединений, а также формирование бетонного камня. В результате твердения бетон становится прочнее, но набирается прочность не сразу, а постепенно. Для этого может понадобиться не один месяц.

Перед тем как перейти к строительным работам, необходимо учитывать конкретные условия, которые определенным образом влияют на длительность твердения бетона.

Твердение бетона в зависимости от температуры.

Время года.

Большой процент влияния на застывание бетонного раствор оказывают окружающие факторы. С учетом температурного режима и атмосферной важности время застывания и полноценной сушки может составить несколько дней, но это при условии, что все мероприятии проходили в летнее время. Но в этом случае имеется свой недостатком, который заключается в невысокой прочность полученной конструкции. Если работы проводились в зимнее время, то конструкция будет удерживать большое количество влаги в течение месяца.

На видео рассказывается о времени застывания бетона в зависимости от температуры:

Длительность затвердевания бетона во многом определяется плотностью укладки строительного состава. Конечно, чем выше ее показатель, тем медленно осуществляется выход воду из структуры, а показатели гидратации цемента будут лучше. В промышленном строительстве такой проблеме уже было найдено решение. В этом случае задействуют виброобработку, в домашних условиях имеется альтернативный вариант – стыкование.Процесс утрамбовки

Необходимо отметить, что стяжку с высокими показателями плотности очень тяжело резать и сверлить. Здесь не обойтись без такого оборудования, как буры с алмазными напылением. Если применять сверла с обычным наконечником, то они сразу же выходят из строя.

Таблица твердения бетона в зависимости от температуры.

На фото показан состав бетона

Компоненты, которые находятся в составе цементной смеси, также оказывают немаловажную роль на время схватывание бетона. Если в составе находится большое количество пористых материалов, то процесс обезвоживания конструкции будет происходить намного медленнее. Если в составе преобладают такие компоненты, как песок и гравий, то вся вода начнет быстрее выходить из раствора.

Для того чтобы сделать процесс испарения влаги из бетона медленнее, а также улучшить его прочностные показатели, стоит задействовать специальные добавки. Как правило, это бетонит, мыльный состав. Конечно, это потребует небольших денежных затрат, но зато вы сможете защитить свою конструкцию от преждевременного пересыхания.

Каков состав бетона для отмостки лучшего всего применять указано в статье.

Обеспечение условий затвердения.

Когда нужно добиться длительного нахождения влаги в цементной смеси, то стоит выполнить монтаж гидроизоляционного материала на опалубку. При условии, что формовочный каркас выполнен из пластика, укладывать дополнительный слой гидроизоляции нет смысла. Демонтаж опалубки стоит производить только по прошествии 8-10 дней. За этот период бетон уже успел схватиться и дальше может сохнуть без опалубки.

Гидроизоляция для твердения бетона фундамента.

Для задержания воды в бетоне можно вводить в строительную смесь различные модифицирующие добавки. Если необходимо добиться быстрого застывания и уже ходить по залитой конструкции, стоит добавлять к раствору особые ингредиенты, позволяющие добиться быстрой сцепки.

Состав для твердения бетона фундамента.

Низкий уровень испарения.

Когда бетонный раствор схватился, его сразу накрывают полиэтиленовой пленкой. Благодаря таким мероприятиям удается задержать влагу в бетону в первые дни после установки конструкции. Раз в 3 дня пленку нужно удалять и обрабатывать поверхность водой.

Когда момента заливки пройдет 20 дней, то пленку можно убрать насовсем и подождать, пока стяжка полностью высохнет при обычных условиях. Как правило, это занимает 28-30 дней. Уже по прошествии этого срока по основанию можно ходить и даже устанавливать различные строительные конструкции.

Время застывания при разной температуре.

Необходимо обозначить, что время схватывания бетона в опалубке может достигать до 7 дней. Только после этого опалубка может быть демонтирована. В таком случае удается сохранить целостность бетонной конструкции. Но в большинстве случаев этот показатель зависит от марки бетона, а также температурных условий.

В данной статье указано сколько идет цемента на 1 куб бетона.

Таблица 1 – Время твердения бетона в зависимости от температуры.

Время затвердения бетона.

Минимальная температура.

Осуществлять заливку бетона в холодное время года можно только при условии, что обеспечена необходимая гидро- и теплоизоляция конструкции после монтажных работ. По той причине, что низкие температуры замедляют процесс гидратации, а, следовательно, и набор прочностных характеристик, то очень важно строго выждать необходимое время. Как правило, при температурном режиме -5 градусов, для набора прочности понадобиться увеличить время в 5-7 раз, в отличие от рекомендуемой температуре в 20 градусов.

В статье описан подбор состава тяжелого бетона.

На видео рассказывается о минимальной температуре застывания бетона:

Поэтому выполнять заливку фундамента в зимнее время необходимо только при условии, что вы знаете, как правильно заливать бетон в мороз. Главное условие – это соблюдение всех правил, тогда качество заливки будет не хуже, чем в благоприятные дни.

Опытные строители не экономят на строительстве и используют бетононасос. Кроме этого, важно выполнять правильный уход за бетоном. При заливке во время морозов в состав смеси стоит добавлять морозоустойчивые присадки и утеплить опалубку. После этого стоит осуществлять прогревания бетонированной площадки. Если все эти условия будут соблюдены, то будет совершенно неважно, при каком температурном режиме будет происходить заливка бетона.

Узнать сколько весит куб бетона м400 можно в данной статье.

Процесс заливки фундамент – это очень сложный процесс. Для обеспечения необходимой прочности стоит правильно выждать время затвердения. Если влажность из конструкции испариться раньше указанного срока, то прочностные показатели будут незначительные, что приведет к ухудшению качеств будущей постройки.

Рекомендация: Это действительно хорошая статья. Из статьи можно понять общий принцип твердения бетона в зависимости температуры окружающего воздуха. Полученной информации для обычного застройщика вполне достаточно. Вам не нужно углубляться в научные дебри, чтобы понять общий принцип твердения бетона. Вам обязательно нужно прочитать эту статью, иначе ваш бетон застынет в неподходящий момент и вы потеряете свои деньги.

способы прогрева, температура и др. хитрости

При проведении различных строительных работ важно придерживаться выбранного графика. Предварительное планирование осуществляется с учетом технологической последовательности мероприятий. В некоторых случаях особое внимание должно уделяться температурному режиму – например, при использовании бетона. Идеальным решением является выбор времени года, когда климатические условия лучше всего подходят для таких действий. Если заливка бетона все же проводится зимой, применяются различные способы нагрева и модификаторы.

Зачем обогревать бетон

Необходимость прогревать бетон при отрицательных температурах определяется свойствами веществ, входящих в него:

• цемент;
• вода;
• песок;
• наполнители.

Схватывание материала и дальнейший набор прочности определяется химическим процессом гидратации цемента водой. Под действием воды происходит образование клинкерных связей внутри цемента, они при дальнейшем застывании формируют твердый и прочный фундамент. При понижении температуры вода кристаллизуется с образованием льда. Реакция с цементом сильно замедляется, либо прекращается вовсе. Материал не набирает дальнейшей прочности, становится рыхлым. Жидкость при замерзании расширяется, создается избыточное давление внутри формирующихся структур. Происходит внутреннее разрушение застывающего материала и снижение его свойств.

Наиболее нежелательны эти процессы в начале заливки бетона. Если замораживание произошло во время схватывания смеси, то материал не сможет набрать полной прочности даже при возобновлении гидратации, вызванной повышением температуры. Задумываясь над тем, можно ли заливать бетон холодной зимой, необходимо предусмотреть возможности обогрева бетона.

Как влияет температура окружающей среды на состояние бетона

При создании монолитных сооружений набор прочности сильно зависит от климатических условий. Ключевые факторы, влияющие на затвердевание бетона – влажность и температура. Сильное понижение первой приводит к усиленному испарению влаги и обезвоживанию материала. Вследствие этого возникают усадочные трещины, замедляется набор прочности.

При анализе ситуации, когда можно ли заливать бетон, необходимо учитывать влияние температурного режима на процессы, происходящие в бетоне. Основной химической реакцией во время заливки является гидратация цемента водой. Активность воды сильно зависит от степени ее нагретости. В жаркую погоду твердение смеси происходит при быстрой потере влаги и неравномерном прогреве слоев. Это плохо отражается на состоянии поверхности – она трескается. При умеренных климатических условиях проведение бетонных работ дает наилучшие результаты. Скорость протекания гидратации обеспечивает оптимальный режим затвердевания.

При работе в холодное время нужно учитывать последствия кристаллизации воды в растворе. Это может быть сильное замедление скорости работы вплоть до невозможности получения нужной прочности. Методы прогрева бетона в зимний период направлены на преодоление этих трудностей.

Какой оптимальный температурный режим затвердевания бетона

Приобретение материалов нужных кондиций, его функциональные свойства сильно зависят от состояния окружающей среды. При температуре от 15°С до 25°С масса набирает 70% прочности за 7 дней. Для достижения состояния камня нужно около 30 дней. В холодное время года происходит снижение скорости затвердевания. При средней температуре +5°С необходимая прочность наступит примерно через 60 дней. С понижением температуры от 0°С до -5°С твердение если и происходит, то только за счет минимального количества воды содержащегося в порах.

Дальнейшее падение температуры приводит к полной остановке всех процессов. Как будет вести себя бетон во время последующей оттепели зависит от того, на какой стадии произошло замораживание. Если смесь замерзла после набора критической прочности, то при оттаивании никаких значительных нарушений не будет. Материал постепенно наберет полную прочность без особых потерь. Замерзание на начальной стадии после заливки приводит к необратимым разрушениям структуры и к низкому качеству бетона. Методы выдерживания бетона в зимних условиях  позволяют эффективно бороться с этой проблемой подручными средствами.

Важно! Оптимальная температура для проведения бетонных работ колеблется от +15° С до +25° С. При более низких температурах о том, можно ли заливать цементную смесь, без дополнительных мер, бессмысленно.

Что делать если на улице мороз, а нужно заливать фундамент?

Зима – не самое подходящее время для строительных работ. Особенно это касается заливки бетона. Основным участником химических процессов, протекающих во время застывания смеси, является вода. Гидратация цемента замедляется с понижением температуры, и срок затвердевания сильно увеличивается. При изменении температуры от 20°С до 50°С время набора прочности увеличивается в 3-4 раза.

В случае замораживания раствора возникает избыточное давление, создаваемое замерзшей водой. Вокруг наполнителей образуются ледяные пленки, ухудшающие связи внутри смеси. Хуже всего, если это происходит на ранней стадии схватывания. В таком случае даже при дальнейшем повышении температуры бетон не сможет набрать марочной прочности.

Допускается проведение заливки в холодное время года, если это определено графиком мероприятий. Проведения таких работ определяются СНиП, разрешающим заливку бетона в зимнее время. Этот документ определяет начало зимних условий при температуре +5°С и диктует, сколько греть материал.

Для защиты раствора от замерзания существуют проверенные методы выдерживания бетона в зимних условиях. К ним относятся различные виды прогрева, укрытие смеси, а также добавление противоморозных добавок. Основная задача при зимнем бетонировании – это предохранение от замерзания до набора критической прочности, величина которой соответствует 50% от марочной. От этого зависит, сколько конкретно греть бетон зимой после заливки. Большим плюсом является использование материала, замешанного на нагретой воде. Дно заливаемого котлована и опалубка должны быть очищены от снега и льда.

Применение противоморозных добавок

Введение химических добавок при заливке бетона в зимнее время позволяет заливать смесь без прогрева. Это метод выгоден экономически и не требует устройства дополнительных теплосберегающих конструкций при относительно низкой температуре. Использование добавок может служить дополнением к обогреву твердеющего материала. В обоих случаях наблюдается заметное снижение затрат, если применять их совместно с методом «Термоса».

Важно! Теоретически внедрение в состав смеси добавок позволит работать даже при -25°С, однако на практике это трудновыполнимо.

Для заливки бетона зимой используют два вида добавок: для ускорения застывания и для понижения точки замерзания. Рекомендуемая концентрация – от 2% до 10%, точная цифра подбирается в зависимости от температуры воздуха и массы сухого цемента. Добавление химических средств – один из методов зимнего бетонирования, уместен поздней осенью и при первых заморозках.

Среди распространенных добавок к бетону особенно выделяют:

• Нитрит натрия NaNO2 (соль азотистой кислоты). Улучшает прочность застывания при температуре не ниже 18,5 °С. Плюс – антикоррозийный эффект, минус – на поверхности бетона остаются разводы.
• Хлорид кальция CaCl2. Если некритично появление высолов на поверхности застывшего материала, это средство ускорит схватывание бетона. Работать с ним можно до -20 °С, марка цементного порошка должна увеличиваться с концентрацией введения хлорида.
• Углекислый калий (поташ), K2CO3 он же карбонат калия. Лучший по удобству и свойствам модификатор для бетона. Он не оставляет разводов и коррозии на арматуре. Единственный недостаток – этот катализатор действует слишком интенсивно на скорость затвердевания. Управиться с работой нужно за 45-50 минут.

Добавлять «химию» в чистый бетон нельзя! Сначала ее размешивают в воде, после соединяя со смесью цемента. Для равномерного застывания время перемешивания увеличить в 1,5 раза. Обычная соль способна улучшить застывание бетонной смеси, но весьма незначительно.

Укрытие и тепловые пушки

Существует несколько способов прогрева бетона в зимнее время, греющая опалубка – один из простых и легко устраиваемых. Она состоит из двух фанерных листов и инфракрасной пленки, впрессованной между ними. Последняя может прогреть бетон на 60 см в глубину из-за особенностей распространения лучистой энергии. Преимущество способа – равномерность нагрева, застывшая поверхность не будет иметь трещин.

После прогревания опалубки ее нужно отключить и залить в нее раствор. Температура колеблется в интервале от 60 до 80 градусов Цельсия, удерживаясь до достижения 80% прочности. Для уменьшения потери тепла свободную часть опалубки следует накрыть теплоизоляционным слоем.

Если доступ к бесперебойному электричеству отсутствует, можно использовать дизельные тепловые пушки. Над площадью прогрева возвести укрытие, куда будет подан горячий воздух. Этот метод является дорогостоящим, альтернатива – двустенная опалубка, применяется чаще.

Прогрев бетона зимой способом «термоса»

Простой и легко реализуемый метод термоса при зимнем бетонировании не требует особых затрат. Разогретый выше СНИП (25-45 градусов) материал быстро заливают в опалубку и накрывают термо- и паро- изоляцией. В результате гидратации смесь не остывает и набирает требуемую прочность. Цемент и сам выделяет тепло порядка 80 ккал.

Перед началом работ нужно провести теплотехнический расчет – сколько греть бетон: количество тепла в бетоне должно равняться теплопотерям при остывании до нуля. Период понижения температуры характеризуется положительной температурой и набором проектной прочности.

Отсутствие расходов на электроэнергию и дополнительные материалы делает эту технологию бетонирования в зимних условиях экономичной. Вкупе с ней используют химические добавки для понижения точки замерзания.

Важно! Метод «Термоса» нашел применение в проектах с большими объемами и площадями.

Как прогреть бетон проводом

Методы зимнего бетонирования не ограничиваются простым применением теплоизоляции. Часто используется электропрогрев, аналогичный «теплым» полам. На арматуре крепится греющий провод, после чего в опалубку заливают смесь (ее температура не ниже 50С). Концы кабеля присоединить к источнику тока, не забыть про понижающий трансформатор. После включения нагрев происходит со скоростью 10 градусов в 10 минут до достижения 50-60°С. Затем смесь плавно охлаждается в 2 раза медленнее.

Бетон зимой прогревается специальными проводами – ПНСВ или ПТПЖ, они оба сделаны из стали, но последней имеет две жилы (при повреждении одной нагрев продолжается). Диаметр провода обычно составляет 1,2 мм, количество на 1 м³– 50 м. После заливки провод остается внутри, прокладывать его можно при -15°С, проводить нагрев – 25°С.

Преимущества этого способа заключаются в низком потреблении электроэнергии и возможности нагрева больших объемов. Чтобы смесь застыла равномерно, нельзя изменять интервалы времени между скачками температур.

Метод электродов, когда арматура обвязывается проволокой, присоединяемой к понижающему трансформатору через провода, менее эффективен. Проводником в этом случае выступает вода, при ее высыхании резко увеличивается расход электричества.

Заключение

Даже любитель в строительстве должен знать – заливка бетона зимой без прогрева невозможна (см. более подробно о прогреве бетона зимой тут). Чтобы цементная смесь схватилась и приобрела хорошую прочность, применяют способы нагрева и химические модификаторы. Выбор конкретного варианта определяется площадью и объемом работ и температурой воздуха. Значение имеют и менее явные факторы – доступ к электроэнергии, вид имеющейся опалубки и марка бетона.

замерзание готового раствора, бетонирование при минусовых показателях

Часто строительным бригадам приходится работать в крайне неблагоприятных погодных условиях, так как сроки на возведение той или иной конструкции слишком ограничены. Экстренная заливка бетона при низких температурах или его ремонт ограничены весьма узким диапазоном температурных показателей. Иными словами, неблагоприятные погодные условия играют немаловажную роль в процессе структурного схватывания, отвердения и набора бетоном необходимой марочной прочности.

Принцип воздействия отрицательных температур

Каждый специалист знает, что бетон лучше всего схватывается при температуре от +15 до +25 ˚ С. При таких условиях уже на 29-е сутки бетонная конструкция достигает оптимальных показателей прочности. Когда же температура опускается до минусовых показателей, то вся влага, которая содержится в структуре смеси, превращается в цельные ледяные кристаллы. Под воздействием такой реакции итоговый объем воды увеличивается на 10%, что способствует повышению давления. Такая ситуация чревата тем, что происходит разрыв существующих структурных связей, которые не подлежат восстановлению.

Бетонирование при отрицательных температурах всегда влечёт за собой то, что материал теряет необходимую связь с арматурным каркасом, а также возрастает пористость, которая ухудшает качество возведённой конструкции. Не стоит забывать и о том, что такой бетон теряет необходимую водонепроницаемость и морозостойкость.

Когда температура окружающей среды повышается, то ледяные кристаллы снова превращаются в воду, и процесс отвердения возобновляется. Но из-за разрушенной морозом структуры проектная прочность такого материала будет на 20—50% ниже, нежели ожидалось. Особенно негативно влияет попеременная заморозка — многоразовое оттаивание бетонных конструкций. Специалисты отмечают, что прочность, при которой никакое замораживание не сможет повредить структуру бетона, называется критической.

Если же строителям нужно залить бетон при отрицательных температурах, то им предстоит выполнить несколько специальных манипуляций, которые помогут получить в итоге необходимые физико-химические показатели материала, предусмотренные проектной документацией.

Преимущества зимнего фундамента

Постоянное изменение климатических условий привело к тому, что «зимние» условия строительства могут наступить даже в сентябре. Это связано с тем, что внезапные заморозки и последующая оттепель вносят свои поправки в технологию заливки бетона, используемую специалистами. Стоит отметить, что снега может и не быть, но в северных регионах страны, где тёплых дней очень мало, среднегодовая температура не превышает +5 ˚ С. Именно поэтому были разработаны инновационные технологии возведения фундамента, которые призваны продлить строительный сезон.

Теперь залить качественный бетон можно даже при температуре -25 ˚ С. Это существенно ускоряет строительство новых зданий, так как уже с приходом первых весенних дней можно смело приступать к возведению стен. Если же дом будет построен из дерева, тогда его строительство может быть продолжено — независимо от температуры.

Использование такой методики строительства имеет множество неоспоримых преимуществ, главными из которых считаются:

• Плановое снижение цен на работы и материалы.
• Существенно минимизируется риск обрушения стен у вырытых котлованов, предотвращается их затопление грунтовыми водами.
• Минимальный процент загруженности строительной бригады.
• Существенно увеличивается несущая способность почвы, которая к весне раскисает, благодаря чему к строительной площадке может подъехать тяжёлая техника.

Многие думают, что закладку фундамента лучше всего проводить в летнее время. Но далеко не все знают, что жаркая погода тоже накладывает на работу свои ограничения. К примеру, могут начаться сезонные проливные дожди, которые не только размывают, но и способствуют разрушению стенок котлованов и траншей. Из-за этого рабочим приходится заново все готовить, что чревато лишней тратой времени и денег.

Что касается земельных участков с УГВ, то для них нужно принимать целый комплекс специальных мер, которые связаны с откачкой лишней воды. В этом случае мастерам приходится рыть водоотводящие траншеи и устанавливать дренажные насосы высокой мощности.

Основные правила бетонирования

Опытные бригады строителей привыкли использовать базовые положения СНиП, благодаря чему выполнение бетонных работ при отрицательных температурах не вызывает каких-либо сложностей. Среди основных правил можно отметить те, которые считаются обязательными:

• Приготовление бетонной смеси нужно проводить исключительно в подогретых бетоносмесителях. Вода и заполнители должны быть заранее подогреты. Среднее время перемешивания всех компонентов должно быть увеличено минимум на 25%.
• В процессе приготовления смеси необходимо вводить специализированные воздухововлекающие и противоморозные добавки, а также пластификаторы.
• Если готовую бетонную смесь нужно транспортировать к месту строительства, тогда для этих целей должны быть задействованы автобетоносмесители или утеплённые контейнеры. Если температура воздуха ниже -15 ˚ С, то итоговое время транспортировки должно быть сокращено на 25—50%, нежели в летний период.
• Способ укладки поверхности, на которую будет заливаться смесь, а также её состояние, должны предотвратить вероятность замерзания раствора в момент соприкосновения с бетонной смесью.
• Когда нужно залить фундамент при отрицательных температурах, обязательно должны использоваться качественные глубинные вибраторы. В сравнении с укладкой в тёплую погоду, время вибрирования бетонной смеси должно быть увеличено на 30%.
• Когда все бетонные работы выполнены, все свежеуложенные конструкции обязательно укрываются универсальными теплоизоляционными и пароизоляционными материалами.

Внешние источники подогрева раствора

Квалифицированные строители отмечают, что именно подогрев бетона позволяет добиться качественного схватывания фундамента, который в итоге будет обладать необходимыми прочностными характеристиками. В зависимости от типа бетонируемой конструкции и предполагаемого срока ввода её в эксплуатацию могут использоваться разные источники поддержки внутренней теплоты бетона. Выбор того или иного варианта зависит от строителей:

• Выдерживание раствора в специальных тепловых шатрах (универсальный конвективный способ).
• Предварительный электроразогрев.
• Контактные, радиационные, индукционные способы электроподогрева.

Такие манипуляции необходимы для того, чтобы бетон не замерзал при низких температурах окружающей среды. Каждый способ обладает своими нюансами и преимуществами, которые нужно тщательно изучить, чтобы не допустить распространённых ошибок.

Специализированные тепловые шатры

Метод подогрева бетонного раствора в искусственных тепляках влечёт за собой непредвиденные финансовые затраты, продление строительного срока и усложнение проводимых смежных работ. Именно поэтому использование такого способа возможно только в экстренных ситуациях, когда существует технологическая необходимость.

Тепляки — это своеобразные тепловые конструкции, которые возводятся на определённый промежуток времени. Стоит отметить, что итоговый температурный режим в шатре должен полностью соответствовать температуре основания бетонной конструкции (минимум +7 ˚ С). Поддерживать необходимую температуру помогают специальные воздухонагреватели, которые могут работать как от топлива, так и от электричества.

На современном рынке представлено несколько основных разновидностей теплянок, каждая из которых может эксплуатироваться в определённых условиях:

• Объёмные шатры для масштабных строительных площадок, которые могут быть с прочным каркасом либо без него. Многие строители предпочитают именно бескаркасные модели, которые снаряжаются специальными воздуходувками.
• Лёгкие и компактные тепляки из ПВХ или прочного брезента. Широко востребованы при выполнении специфических строительных работ нулевого цикла (прочные колонны, устойчивые фундаменты под оборудование). Во время механизированной укладки тепляк обязательно демонтируют, а по окончании снова устанавливают для выдерживания бетона в пределах установленной температуры. В этом случае итоговая конструкция получается максимально прочной и надёжной.
• Передвижные виды тепловых сооружений, предназначенные для закладки ленточного фундамента или подземных коммуникаций. Для перемещения такого тепляка необходимы мощные тягачи либо специальные лебёдки. На время бетонирования в шатре остаются открытыми проёмы в перекрытии, через которые осуществляется подача бетонного раствора.

Тонкости предварительного нагрева

Многие специалисты отмечают тот факт, что именно предварительный форсированный нагрев бетона считается наиболее рациональным решением в тех ситуациях, когда нужно залить фундамент при низких температурах. Перед укладкой в опалубку раствор тщательно прогревается в течение 15 минут до температуры +90 ˚ С. Для этих целей используются специальные загрузочные бадьи, которые оборудованы мощными электродами.

В некоторых случаях допускается использование кузовов автосамосвалов, где должны быть задействованы опускные типы электродов. Хорошо разогретую смесь сразу заливают в опалубку и уплотняют при помощи вибраторов до тех пор, пока бетон не начнёт схватываться.

Многочисленные испытания этой технологии показали, что использование электротеплового импульса на начальном этапе структурообразования существенно ускоряет гидратацию бетона. Вибрирование нагретого раствора позволяет добиться самой прочной структуры готового материала.

Советы специалистов

Для того чтобы все выполненные работы с бетоном при низкой температуре дали желаемый результат, нужно придерживаться некоторых рекомендаций, которые были проверены годами. Особенно это касается тех случаев, когда возводится многоэтажное строение. Основные советы:

• Опалубка должна быть подготовлена наилучшим образом. Из неё обязательно убирают весь накопившийся снег и лёд, а также осуществляют подогрев арматурного каркаса и дна до положительной отметки. В этом случае можно воспользоваться специальными переносными жаровнями либо тепловыми пушками, работу которых обеспечивает сжиженный газ.
• В зимнее время гораздо проще сделать ленточный тип фундамента, так как все работы можно разделить на несколько основных этапов. Помимо этого, на локальных участках гораздо проще создать оптимальные условия для застывания раствора.
• Если заказчик хочет, чтобы строители создали плиточный фундамент, сделать это будет практически невозможно. Это связано с тем, что для нормального застывания бетона необходимо поддерживать определённую температуру, несмотря на сильные морозы.
• Мастера должны придерживаться непрерывного способа укладки. Особенность такой процедуры состоит в том, что если даже фундамент заливается слоями, то каждый последующий шар должен быть уложен ещё до того, как застынет предыдущий.
• Как показывает практика, наилучшего результата при зимнем бетонировании можно добиться в том случае, если использовать сразу несколько проверенных технологий.

Использование специальных присадок

В сфере масштабного строительства все чаще используются противоморозные добавки, которые помогают добиться критической прочности от заливки бетона при низких температурах. Они обеспечивают нормальную гидратационную реакцию цемента, ускоряют процесс затвердевания, предотвращая тем самым нежелательное превращение воды в кристаллы льда.

Такие присадки можно использовать исключительно в период сильных морозов, придерживаясь точных пропорций, которые всегда указываются производителем на упаковке. В противном случае существует большая вероятность того, что эксплуатационные свойства бетона ухудшатся в несколько раз.

сколько схватывание в опалубке, затвердевание М 200, сроки твердения в зависимости от температуры

Прочность бетона – это главная его характеристика, благодаря которой удается определить качество монолитно сооружения. Причина в том, что прочность напрямую связана с структурой бетонного камня. Процесс застывания очень сложный и зачастую это происходит от зависимости температуры воздуха. В ходе таких мероприятий происходит взаимодействие цемента и воды. Результатом гидратации цемента становится образование новых соединений, а также формирование бетонного камня. В результате твердения бетон становится прочнее, но набирается прочность не сразу, а постепенно. Для этого может понадобиться не один месяц.

Здесь указано сколько времени застывает бетон.

Условия для застывания бетона

Перед тем как перейти к строительным работам, необходимо учитывать конкретные условия, которые определенным образом влияют на длительность твердения бетона.

Время года

Большой процент влияния на застывание бетонного раствор оказывают окружающие факторы. С учетом температурного режима и атмосферной важности время застывания и полноценной сушки может составить несколько дней, но это при условии, что все мероприятии проходили в летнее время. Но в этом случае имеется свой недостатком, который заключается в невысокой прочность полученной конструкции. Если работы проводились в зимнее время, то конструкция будет удерживать большое количество влаги в течение месяца.

Бетон м200 цена и другие технические данные указаны в статье.

На видео рассказывается о времени застывания бетона в зависимости от температуры:

Бетон марки м200 технические характеристики и другие данные указаны в статье.

Длительность затвердевания бетона во многом определяется плотностью укладки строительного состава. Конечно, чем выше ее показатель, тем медленно осуществляется выход воду из структуры, а показатели гидратации цемента будут лучше. В промышленном строительстве такой проблеме уже было найдено решение. В этом случае задействуют виброобработку, в домашних условиях имеется альтернативный вариант – стыкование.Процесс утрамбовки

Необходимо отметить, что стяжку с высокими показателями плотности очень тяжело резать и сверлить. Здесь не обойтись без такого оборудования, как буры с алмазными напылением. Если применять сверла с обычным наконечником, то они сразу же выходят из строя.

Какова прочность бетона в15 указано в статье.

Состав

На фото показан состав бетона

Компоненты, которые находятся в составе цементной смеси, также оказывают немаловажную роль на время схватывание бетона. Если в составе находится большое количество пористых материалов, то процесс обезвоживания конструкции будет происходить намного медленнее. Если в составе преобладают такие компоненты, как песок и гравий, то вся вода начнет быстрее выходить из раствора.

Каково время набора прочности бетона, можно узнать из статьи.

Для того чтобы сделать процесс испарения благи из бетона медленнее, а также улучшить его прочностные показатели, стоит задействовать специальные добавки. Как правило, это бетонит, мыльный состав. Конечно, это потребует небольших денежных затрат, но зато вы сможете защитить свою конструкцию от преждевременного пересыхания.

Каков состав бетона для отмостки лучшего всего применять указано в статье.

Обеспечение условий затвердения

Когда нужно добиться длительного нахождения влаги в цементной смеси, то стоит выполнить монтаж гидроизоляционного материала на опалубку. При условии, что формовочный каркас выполнен из пластика, укладывать дополнительный слой гидроизоляции нет смысла. Демонтаж опалубки стоит производить только по прошествии 8-10 дней. За этот период бетон уже успел схватиться и дальше может сохнуть без опалубки. 

Добавки

Для задержания воды в бетоне можно вводить в строительную смесь различные модифицирующие добавки. Если необходимо добиться быстрого застывания и уже ходить по залитой конструкции, стоит добавлять к раствору особые ингредиенты, позволяющие добиться быстрой сцепки. 

Низкий уровень испарения

Когда бетонный раствор схватился, его сразу накрывают полиэтиленовой пленкой. Благодаря таким мероприятиям удается задержать влагу в бетону в первые дни после установки конструкции. Раз в 3 дня пленку нужно удалять и обрабатывать поверхность водой.

Расчет времени прогрева бетона в зимнее время указано в статье.

Когда момента заливки пройдет 20 дней, то пленку можно убрать насовсем и подождать, пока стяжка полностью высохнет при обычных условиях. Как правило, это занимает 28-30 дней. Уже по прошествии этого срока по основанию можно ходить и даже устанавливать различные строительные конструкции.

Время застывания при разной температуре

Необходимо обозначить, что скорость времени высыхания и схватывания бетона в опалубке может достигать до 7 дней. Только после этого опалубка может быть демонтирована. В таком случае удается сохранить целостность бетонной конструкции. Но в большинстве случаев этот показатель зависит от марки бетона, а также температурных условий.

В данной статье указано сколько идет цемента на 1 куб бетона.

Таблица 1 – Время твердения бетона в зависимости от температуры

Минимальная температура

Осуществлять заливку бетона в холодное время года можно только при условии, что обеспечена необходимая гидро- и теплоизоляция конструкции после монтажных работ. По той причине, что низкие температуры замедляют процесс гидратации, а, следовательно, и набор прочностных характеристик, то очень важно строго выждать необходимое время. Как правило, при температурном режиме -5 градусов, для набора прочности понадобиться увеличить время в 5-7 раз, в отличие от рекомендуемой температуре в 20 градусов. А о том, при какой температуре можно класть кирпич читайте в нашей статье.

В статье описан подбор состава тяжелого бетона.

На видео рассказывается о минимальной температуре застывания бетона:

Поэтому выполнять заливку фундамента в зимнее время необходимо только при условии, что вы знаете, как правильно заливать бетон в мороз. Главное условие – это соблюдение все правил, тогда качество заливки будет не хуже, чем в благоприятные дни.

Опытные строители не экономят на строительстве и используют бетононасос. Кроме этого, важно выполнять правильный уход за бетоном. При заливке во время морозов в состав смеси стоит добавлять морозоустойчивые присадки и утеплить опалубку. После этого стоит осуществлять прогревания бетонированной площадки. Если все эти условия будут соблюдены, то будет совершенно неважно, при каком температурном режиме будет происходить заливка бетона.

Узнать сколько весит куб бетона м400 можно в данной статье.

Процесс заливки фундамент – это очень сложный процесс. Для обеспечения необходимой прочности стоит правильно выждать время затвердения. Если влажность из конструкции испариться раньше указанного срока, то прочностные показатели будут незначительные, что приведет к ухудшению качеств будущей постройки.

Как оценить время схватывания бетона

В этой статье кратко описывается время схватывания бетона, почему это важно и как различные погодные условия могут на него повлиять. Позже мы рассмотрим некоторые из существующих методов, которые используются для оценки времени схватывания бетона на месте.

Время схватывания бетона

В соответствии с ASTM C125-15b схватывание определяется как «» — процесс из-за химических реакций, происходящих после добавления воды для затворения, который приводит к постепенному увеличению жесткости цементной смеси. ”Как ACI CT-13, время начального схватывания определяется как“ время, необходимое для достижения начального схватывания свежеприготовленной цементной пасты, раствора или бетона. »Время окончательного схватывания определяется как« », время, необходимое для достижения окончательного схватывания свежеприготовленной цементной пасты, раствора или бетона. ”

Почему важно время схватывания бетона?

Знание времени схватывания полезно для оценки времени, необходимого для начального отверждения бетона, подготовки поверхности, выравнивания и полировки.Это может эффективно контролировать растрескивание поверхности в раннем возрасте. Жаркая и холодная погода может существенно повлиять на время схватывания бетона. Неправильная оценка времени схватывания в зимнее время может вызвать задержку эффективной подготовки поверхности, выравнивания и полировки. Жаркая погода может сократить время схватывания бетона; в то время как холодная погода может увеличить время схватывания бетона.

Оценка времени схватывания на месте

Помимо стандартных лабораторных испытаний для измерения времени схватывания бетона методом проникновения (ASTM C 403), следующие методы были успешно использованы для измерения времени схватывания бетона:

1 — Метод зрелости

Метод зрелости в основном используется для оценки развития прочности бетона в раннем возрасте, особенно в зимнее время, когда развитие прочности имеет решающее значение.Однако этот метод использовался некоторыми исследователями для прогнозирования времени схватывания бетона (Min-Cheol Han, Cheon-Goo Han 2010). В этом исследовании само понятие эквивалентного возраста использовалось для оценки времени схватывания бетона.

2- Метод определения скорости ультразвукового импульса (UPV)

Метод UPV был использован исследователями для изучения времени схватывания бетона. Piyasena et al. (2013) изучали эффективность метода UPV для оценки времени схватывания. В своих исследованиях они обнаружили, что UPV становится относительно постоянным ближе к моменту схватывания.

Питер Тейлор и Сюхао Ван (2014) исследовали использование метода UPV (с использованием поперечной волны) для оценки времени схватывания. Сообщается, что поперечные волны более чувствительны к фазовому переходу между свежим и затвердевшим бетоном. Скорость распространения поперечной волны в жидкой фазе значительно ниже по сравнению с твердой фазой. Таким образом, поперечная волна может лучше отслеживать переход от свежего бетона к затвердевшему. Этот переход приводит к постепенному изменению скорости поперечной волны в бетоне, помогая точно определить время схватывания бетона.

3- Удельное электрическое сопротивление бетона

Zongjin Li et al. (2007) продемонстрировали эффективность измерений удельного электрического сопротивления для прогнозирования времени схватывания бетона. Удельное электрическое сопротивление можно использовать для отслеживания развития микроструктуры бетона, времени схватывания и прочности в раннем возрасте.

.

Влияние наночастиц TiO2 на физико-механические свойства цемента при низких температурах

Низкая температура отрицательно сказывается на технических характеристиках вяжущих материалов и снижает производительность строительства. Предыдущие исследования уже продемонстрировали, что наночастицы TiO ₂ могут ускорять гидратацию цемента и увеличивать развитие прочности вяжущих материалов при комнатной температуре. Однако эффективность вяжущих материалов, содержащих наночастицы TiO ₂ , при низких температурах до сих пор неизвестна.В этом исследовании образцы были приготовлены путем замены цемента наночастицами TiO ₂ с 1 вес.%, 2 вес.%, 3 вес.%, 4 вес.% И 5 вес.% И отверждены при температуре 0 °. C, 5 ° C, 10 ° C и 20 ° C для определенного возраста. Физико-механические свойства образцов были оценены с помощью испытания на время схватывания, испытания на прочность на сжатие, испытания на прочность на изгиб, испытания степени гидратации, порозиметрии с проникновением ртути (MIP), рентгеноструктурного анализа (XRD), термогравиметрического анализа (TGA), и сканирующая электронная микроскопия (SEM) для изучения характеристик вяжущих материалов с наночастицами TiO ₂ и без них при различных температурах отверждения.Было обнаружено, что низкая температура задерживает процесс гидратации цемента, в то время как наночастицы TiO ₂ положительно влияют на ускорение гидратации цемента и сокращение времени схватывания с точки зрения результатов теста времени схватывания, теста степени гидратации и теста прочности. , а образец с добавлением 2 мас.% наночастиц TiO ₂ показал превосходные характеристики. Уточненная структура пор в тестах MIP, большая потеря массы CH в TGA, появление интенсивных пиков, связанных с продуктами гидратации в XRD-анализе, и более плотная микроструктура в SEM продемонстрировали, что образец с 2 мас.% TiO ₂ наночастиц продемонстрировали предпочтительные физические и механические свойства по сравнению с наночастицами TiO ₂ без наночастиц при различных температурах отверждения.

1. Введение

Конструкции дорожных покрытий, в силу своей природы тесного контакта с окружающей средой, сильно зависят от факторов окружающей среды, таких как низкие температуры, в частности, в холодных регионах. Цемент, как один из наиболее широко используемых материалов для дорожных покрытий, широко используется в дорожном строительстве из-за его низкой цены и доступности.Однако предыдущие исследования показали, что низкая температура увеличивает время схватывания цемента и снижает прочность цемента, что приводит к снижению производительности строительства в холодных регионах [1].

Чтобы свести к минимуму эти негативные воздействия, связанные с низкой температурой, ускорители гидратации цемента используются в качестве добавок в бетон, чтобы сократить время схватывания и улучшить развитие прочности [2]. Обычно хлоридные соли являются наиболее широко используемыми и экономичными ускорителями [3].Однако в некоторых областях, которые пострадали от химических воздействий, таких как коррозия, вызванная хлоридом, следует избегать добавления этих хлоридных ускорителей, чтобы уменьшить возникновение коррозии стальной арматуры и потери прочности бетона. Таким образом, были проведены многочисленные исследования для разработки нехлоридного ускорителя вместо того, чтобы исключить возможность коррозии, особенно в агрессивных средах. Нитрат кальция [4, 5], алюминат [6] и соли лития [7] могут изменять время схватывания и прочность цемента благодаря своим химическим свойствам.Кроме того, известняковый порошок [1, 8] и микрокремнезем [9] могут использоваться в качестве физических ускорителей для модификации цемента при низких температурах.

Наночастицы, благодаря своему ультратонкому размеру и высокому отношению площади поверхности к объему, могут ускорить процесс гидратации цемента и способствовать формированию более плотной микроструктуры, тем самым улучшая долговечность и механические свойства вяжущих материалов [10, 11]. Следовательно, наночастицы можно рассматривать как альтернативный вариант использования в качестве ускорителей для вяжущих материалов при низких температурах.Были проведены многочисленные исследования использования наночастиц, включая нано-SiO ₂ [12–22], нано-CaCO ₃ [17, 23, 24], нано-Al ₂ O ₃ [16 , 20, 25], нано-TiO ₂ [14, 16, 26–38], нано-Fe ₂ O ₃ [10, 13] и нано-CuO [13, 39] в цементных материалы для улучшения их прочности и механических свойств. Нано-SiO ₂ — наиболее часто используемые наночастицы, в то время как наночастицы TiO ₂ сравнительно благоприятны для конструкций дорожных покрытий с точки зрения свойств очистки воздуха.Что касается наночастиц TiO ₂ , исследование Назари и др. показали, что частичная замена цемента наночастицами TiO ₂ сокращает время схватывания, усиливает процесс гидратации и увеличивает прочность бетона на изгиб при температуре 20 ° C, в то время как прочность на изгиб снижается при содержании TiO ₂ наночастиц было более 4% [26–29]. Ли и др. сообщили, что за счет добавления наночастиц TiO ₂ ускоряется гидратация цемента в раннем возрасте, время схватывания сокращается, а прочность на сжатие увеличивается при 23 ± 2 ° C [31, 32].Pimenta Teixeira et al. показали, что высокая температура (40 ° C и 60 ° C) способствовала гидратации цементного теста, содержащего наночастицы TiO ₂ , и улучшала прочность на сжатие в раннем возрасте [34]. Mohseni et al. обнаружили, что введение наночастиц TiO ₂ увеличивает прочность на сжатие самоуплотняющегося раствора при температуре окружающей среды, а с увеличением содержания TiO ₂ прочность на сжатие также имеет тенденцию к увеличению [16]. Однако Zhang et al.исследовали, что при 20 ± 3 ° C прочность на сжатие и изгиб бетона снижается с увеличением дозировки наночастиц TiO ₂ [33]. Feng et al. обнаружили, что при комнатной температуре микроструктура цементного теста стала более плотной за счет включения наночастиц TiO ₂ , и был исследован новый тип продукта гидратации [30]. Кроме того, из-за фотокаталитического действия наночастиц TiO ₂ эти частицы обычно примешиваются к строительным материалам для получения свойства очистки воздуха [36–38].

Большинство этих исследований проводилось при температуре окружающей среды, и очень мало исследований изучали влияние наночастиц SiO ₂ и наночастиц Al ₂ O ₃ на свойства вяжущих материалов при низких температурах [18–20] . Влияние наночастиц TiO ₂ на характеристики вяжущих материалов при низких температурах все еще не было обнаружено, а сохранят ли наночастицы TiO ₂ свои характеристики при низких температурах, оставалось неизвестным.Лучшее понимание наночастиц при низких температурах может способствовать практическому применению наночастиц в холодных регионах. Целью настоящего исследования было оценить влияние наночастиц TiO ₂ на физико-механические свойства цемента при низких температурах, и в этой статье были выбраны низкие температуры 0 ° C, 5 ° C и 10 ° C. при температуре окружающей среды 20 ° C в качестве исходной температуры. Кроме того, было изучено влияние TiO ₂ на распределение пор по размерам, микроструктуру и термические свойства, когда образцы были отверждены при различных температурах и определенном возрасте.

2. Материалы и испытания

2.1. Материалы и пропорции образцов

Сырье, используемое в этом исследовании, включает цемент, наночастицы TiO ₂ и природный речной песок. Использовали обычный портландцемент (P.O) 42,5 типа I, соответствующий спецификации ASTM C150 [40], и наночастицы TiO ₂ со средним размером частиц 15 нм. Химические и физические свойства цемента и наночастиц TiO ₂ , предоставленных поставщиками, перечислены в Таблице 1 и Таблице 2 соответственно.Гранулометрический состав используемого песка составлял 0,63–1,25 мм, 0,315–0,63 мм и 0,16–0,315 мм, фракция песка 2: 4: 2. Водоредуцирующий агент поликарбоксилатного типа соответствовал стандарту ASTM C494-тип F. [41] использовался для сохранения хорошей обрабатываемости.

В этом исследовании лабораторные эксперименты были выполнены в два этапа.На первом этапе влияние наночастиц TiO ₂ различных дозировок 1 мас.%, 2 мас.%, 3 мас.%, 4 мас.% И 5 мас.% На физико-механические свойства образцов. отверждение при температурах 0 ° C, 5 ° C, 10 ° C и 20 ° C. Оптимальная дозировка наночастиц TiO ₂ , которые продемонстрировали превосходные характеристики с точки зрения прочности, времени схватывания и степени гидратации, была выбрана в качестве репрезентативной для исследования причины, по которой наночастицы TiO ₂ могут ускорять гидратацию цемента.На втором этапе было изучено влияние оптимальных наночастиц TiO ₂ на структуру пор, продукты гидратации и микроструктуру цементных паст при различных температурах отверждения.

Образцы цементного раствора приготовлены для испытания на механическую прочность. Образцы растворов включали образец обычного раствора без наночастиц TiO ₂ и образцы раствора с заменой цемента 1 мас.%, 2 мас.%, 3 мас.%, 4 мас.% И 5 мас.% TiO ₂ наночастицы соответственно.Были подготовлены кубические образцы размером 50 × 50 × 50 мм для испытания на прочность на сжатие и образцы призмы 40 × 40 × 160 мм для испытания на прочность на изгиб.

TiO ₂ наночастиц были равномерно диспергированы в 30% воды с использованием сначала ультразвуковой обработки. Затем цемент и песок смешивали вместе в течение примерно 1 минуты, после чего добавляли хорошо диспергированные наночастицы TiO ₂ и перемешивали еще 1 минуту перед добавлением остальной воды. Затем раствор помещали в формы и отверждали при температурах 0 ° C, 5 ° C, 10 ° C и 20 ° C с постоянной относительной влажностью 95% до испытания.Отношение воды к связующему в образцах составляло 0,5. Что касается контроля температуры отверждения, в испытаниях использовались автоматизированные контрольные камеры с регулируемым температурным диапазоном 0–50 ° C. Следует подчеркнуть, что использованное сырье и формы сначала предварительно охлаждались, чтобы после процесса смешивания достичь температур, близких к целевой температуре отверждения.

Кроме того, образцы цементной пасты с тем же отношением воды к связующему, что и образцы строительных растворов, также были приготовлены и отверждены при тех же условиях отверждения, и в испытаниях были использованы небольшие кусочки, вырезанные из образца кубической пасты размером 50 × 50 × 50 мм. степени гидратации, MIP, TGA, XRD и SEM анализ.

Следует отметить, что процесс испытаний проводился при комнатной температуре. Когда образцы достигли возраста испытаний, их вынули из камер отверждения с регулируемой температурой для тестирования, и процесс испытания завершился в течение 30 минут.

2.2. Тесты на физико-механические свойства

Время начального и окончательного схватывания обычных цементных паст и цементных паст с различными добавками TiO _{2 наночастиц} измеряли в соответствии с ASTM C191 [42] с помощью вручную управляемого игольчатого устройства Вика при различных температурах отверждения.Начальное время схватывания определялось как время между начальным контактом цемента и воды и временем, когда глубина проникновения составляла 25 мм, а окончательное время схватывания рассчитывалось как время между начальным контактом цемента и воды и время, когда игла не оставила на поверхности полного кругового отпечатка. На образцах пасты проводились повторные испытания на проникновение, позволяя игле Вика проникать в пасту. Цементная паста, используемая для этого испытания, должна быть приготовлена ​​так, чтобы удовлетворять стандартной нормальной консистенции согласно ASTM C187 [43], и цементная паста должна иметь стандартную консистенцию, когда измерительная игла достигает точки на 10 ± 1 мм ниже исходной поверхности в пределах 30 s после освобождения.Были приготовлены свежие цементные пасты с различным количеством воды до достижения стандартной консистенции.

Испытание на прочность на сжатие проводилось на обычных цементных растворах и цементных растворах, содержащих различные добавки наночастиц TiO ₂ в соответствии с ASTM C109 [44], путем работы гидравлической испытательной машины с контролируемой скоростью 1350 Н / с и прочности на изгиб. определяли в соответствии с ASTM C293 [45]. Эти испытания проводились соответственно через 3, 7, 28 и 56 дней отверждения при температурах отверждения 0 ° C, 5 ° C, 10 ° C и 20 ° C, а прочность определялась по среднему значению. из трех экземпляров.

Для оценки процесса гидратации обычных цементных паст и цементных паст с различными наночастицами TiO ₂ при различных температурах отверждения была рассчитана не испаряющаяся вода, химически связанная в продуктах гидратации, чтобы определить степень гидратации цемента на 3, 7, 28, и 56 дней лечения [12, 15]. Был выбран кусок цементного теста, который растерли в порошок, а затем 2 г этого порошка высушили при 105 ° C в течение 3 часов до достижения постоянного веса; после этого порошок прокалили при 1000 ° C в течение 3 часов, а затем степень гидратации в определенном возрасте можно рассчитать как отношение неиспариваемой воды для пасты, отвержденной в этом возрасте, к неиспаряющейся воде для пасты, полностью гидратированной. , как указано в следующем уравнении: где — степень гидратации при определенном возрасте отверждения, и — массы образцов после сушки при 105 ° C и последующего нагревания при 1000 ° C соответственно, и 0.25 считается количеством химически связанной воды для полностью гидратированного цементного теста.

2.3. MIP

Для наблюдения за влиянием низкой температуры на структуру пор цементных паст в процессе гидратации, на основе результатов физико-механических испытаний, уже проведенных в этом исследовании, обычная цементная паста и цементная паста, содержащие оптимальную дозировку TiO _{2 наночастиц} были отобраны для измерения распределения пор по размерам с помощью порометрии с проникновением ртути (MIP) в соответствии с ISO 15901-1 [46].После 28 дней отверждения при различных температурах образцы цементного теста были разбиты ножом на небольшие квадратные фрагменты с приблизительным размером 5 × 5 × 5 мм, и куски затвердевшего цементного раствора, выбранные из середины образца, были использованы для измерения прочности. распределение пор по размерам для обеспечения точности. Кусочки затвердевшего цементного раствора следует замочить в этаноле, чтобы остановить гидратацию. После замачивания в этаноле в течение 24 часов кусочки вынимали из этанола для полного испарения этанола и сушили при 105 ° C в течение 3 часов в печи для удаления воды из пор и обеспечения стабильного веса перед испытанием на ртуть.Поровое давление находилось в диапазоне от 0,2 до 220 МПа, плотность ртути — 13,5335 г / мл, угол контакта — 130 °, поверхностное натяжение — 0,485 Н / м.

2.4. Термогравиметрический анализ (ТГА)

Изменение массы материала, подвергшегося постоянно растущей температуре нагрева, можно получить с помощью термогравиметрического анализа. Поскольку температуры разложения различных компонентов в материале различаются, поэтому можно определить содержание соответствующих компонентов.В этом исследовании для количественной оценки содержания CH в обычном цементном тесте и цементном тесте, модифицированном оптимальной дозировкой наночастиц TiO ₂ при различных температурах отверждения, соответствующие образцы в возрасте 28 дней измельчали ​​в порошок и нагревали 2 г порошка. при повышении температуры от 20 ° C до 1000 ° C со скоростью 10 ° C / мин в среде азота.

2,5. Дифракция рентгеновских лучей (XRD)

Дифракция рентгеновских лучей может использоваться для определения основных минеральных фаз вяжущего материала во время гидратации.Фазы обычного цементного теста и цементного теста с оптимальной дозировкой наночастиц TiO ₂ при различных температурах отверждения были проанализированы в возрасте 28 дней. Испытание XRD проводилось для сканирования образцов под углом от 5 ° до 90 ° (2 θ ) с шагом 0,02 ° (2 θ ) с использованием излучения Cu Ka со скоростью сканирования 1 ° в минуту.

2.6. SEM

Микроструктурные изображения обычного цементного теста и цементного теста, содержащих оптимальную дозировку наночастиц TiO ₂ при различных температурах отверждения, были получены в возрасте 28 дней с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM).Через 28 дней образец был разбит на части, и в этом испытании была использована средняя часть. Эту деталь погружали в этанол, чтобы остановить гидратацию, а затем ее сушили и опрыскивали золотом для обеспечения проводимости перед тестированием SEM.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Физико-механические свойства

3.1.1. Время схватывания

Начальное и конечное время схватывания обычных цементных паст и паст с различными пропорциями наночастиц TiO ₂ при различных температурах отверждения показано на Рисунке 1.На основании результатов проверено, что и время начального схватывания, и время окончательного схватывания увеличивались по мере снижения температуры отверждения. Время схватывания цементных паст, отвержденных при 0 ° C, было заметно дольше, чем отвержденных при температуре окружающей среды, независимо от содержания наночастиц TiO ₂ . С повышением температуры отверждения время схватывания показало очевидную тенденцию к снижению. Первоначальное время схватывания паст, отвержденных при 0 ° C, было в три раза больше, чем у паст, отвержденных при 5 ° C, почти в пять раз по сравнению со временем схватывания паст, отвержденных при 20 ° C, в то время как пасты, отвержденные при 10 ° C, имели начальное время. время схватывания на 9–20% больше, чем при 20 ° C, почти такое же.Аналогичные тенденции наблюдались во время окончательного схватывания. Это связано с тем, что низкая температура сдерживает скорость гидратации цемента, а цементным пастам требуется гораздо больше времени для схватывания, особенно при 0 ° C. Хотя в предыдущем исследовании [1, 8] было продемонстрировано, что процесс гидратации протекает медленнее, низкая температура по-прежнему оказывает значительное влияние на растворение клинкеров и их реакцию с водой, что приводит к замедлению времени схватывания.

Можно также отметить еще одно явление: с увеличением содержания наночастиц TiO ₂ время схватывания цементных паст неуклонно сокращалось, несмотря на колебания температуры отверждения.Это связано с тем, что, помимо эффекта наполнителя, наночастицы сами могут действовать как активатор, способствуя гидратации цемента из-за его высокой активности. Наночастицы TiO ₂ , несмотря на химическую инертность по отношению к компонентам цемента, могут обеспечить дополнительное пространство для гидратированных продуктов для осаждения из-за большого отношения площади поверхности к объему, тем самым ускоряя гидратацию цемента и сокращая время схватывания.

3.1.2. Степень гидратации

Степень гидратации обычного цементного теста и паст с различным добавлением наночастиц TiO ₂ , определяемая химически связанной водой при различных температурах отверждения, показана на рисунке 2.Из результатов можно видеть, что степень гидратации цемента улучшалась с увеличением возраста выдержки, поскольку продукты гидратации могли образовываться с увеличением времени. Также стоит отметить, что степень гидратации цемента постепенно увеличивалась в раннем возрасте, тогда как гидратация цемента увеличивалась относительно медленными темпами через 7 дней.

Это явление в основном объясняется тем, что низкая температура обычно подавляет процесс гидратации, вызывая медленную скорость образования гидратированного продукта.При низких температурах растворение клинкера будет замедляться, и более низкая температура указывает на более медленную скорость растворения. Кроме того, низкая температура препятствует взаимному движению молекулярной реакции и, соответственно, задерживает процесс реакции гидратации, что приводит к плохому развитию продуктов гидратации, что может отражаться на увеличении прочности и развитии микроструктуры. Обычно считается, что частица гидратированного цемента состоит из безводного цементного ядра и гидратированной цементной оболочки, причем ядро ​​становится меньше, а оболочка становится толще по мере протекания гидратации.Причина, по которой степень гидратации показывала более медленный рост через 7 дней, может заключаться в том, что скорость диффузии Ca ²⁺ и OH ^— через гидратированную цементную оболочку уменьшается, поскольку со временем будет производиться больше продуктов гидратации, и, следовательно, задерживает увеличение. степени гидратации.

Напротив, с увеличением наночастиц TiO ₂ сначала улучшилась степень гидратации цементных паст, затем улучшение было не очень очевидным, и эта тенденция была аналогичной независимо от температуры отверждения.Наночастицы TiO ₂ благодаря большому соотношению площади поверхности к объему могут обеспечить дополнительное пространство для осаждения продуктов гидратации; следовательно, гидратированная оболочка не будет становиться все толще и толще со временем по сравнению с оболочкой без наночастиц TiO ₂ , поскольку чем толще гидратированная цементная оболочка, тем меньше скорость диффузии ионов через оболочку; наконец, процесс гидратации можно ускорить. С увеличением содержания наночастиц TiO ₂ , место зародышеобразования, обеспечиваемое общей площадью поверхности для роста продуктов гидратации, также увеличивается, поэтому больше продуктов гидратации будет осаждаться на поверхности наночастиц TiO ₂ , и степень гидратации будет быть улучшенным.

3.1.3. Механическая прочность

Прочность на сжатие и прочность на изгиб обычного цементного раствора и растворов с различными пропорциями наночастиц TiO ₂ при различных температурах отверждения показаны на рисунке 3. Следует отметить, что обе эти прочности показали тенденцию к снижению по мере отверждения. температура снизилась, а низкая температура оказала нежелательное влияние на прочность, особенно через 3 дня. Напротив, прочность неуклонно повышалась с увеличением времени отверждения независимо от изменения температуры.Прочность образцов быстро увеличивалась до 7 дней, в то время как через 7 дней скорость прироста замедлялась, и, наконец, через 56 дней была продемонстрирована максимальная прочность. Между тем, было обнаружено, что при включении наночастиц TiO ₂ прочность сначала показала быстрое увеличение по сравнению с обычным строительным раствором, пока дозировка наночастиц TiO ₂ не достигла 2 мас.%, А затем скорость этот рост замедлился.

Прочность цементного раствора в основном объясняется равномерным распределением и плотностью гидратированного продукта, в основном гелей гидрата силиката кальция (CSH), в результате гидратации силиката трикальция (C ₃ S) и силиката дикальция (C ₂ S).Тем не менее, скорость гидратации при низких температурах ниже, поэтому продуктов гидратации будет образовываться недостаточно, чтобы сократить расстояние между ними и заполнить поры в матрице, и, соответственно, для образования плотной микроструктуры потребуется гораздо больше времени по сравнению с время, необходимое при температуре окружающей среды. Более того, диффузия Ca ²⁺ и OH ^— через гидратированную оболочку во время процесса гидратации замедляется при низких температурах, что, в свою очередь, замедляет рост прочности.Это может быть причиной того, что через 3 дня, хотя гидратация цемента все еще продолжалась при 0 ° C, замедление гидратации привело к образованию небольшого количества гидратированных продуктов, что почти не привело к увеличению прочности.

Влияние наночастиц TiO ₂ на прочность строительных растворов в этом исследовании было очевидным. Понятно, что прочность строительных растворов быстро улучшалась до тех пор, пока содержание наночастиц TiO ₂ не достигло 2 вес.%, И это улучшение было более значительным в отношении прочности на изгиб.Как упоминалось выше, прочность цементного раствора тесно связана с количеством эттрингита и гелей C-S-H, а наличие наночастиц способствует гидратации цемента, тем самым производя больше продуктов гидратации. В дополнение к свойству наполнителя наночастиц заполнять поры в гелях C-S-H, хорошо известно, что наночастицы имеют большое отношение площади поверхности к объему, и, следовательно, дополнительная площадь поверхности оказывается подходящим местом для осаждения продуктов гидратации.Кроме того, наночастицы позволяют образовывать связь между собой и гелями C-S-H, в результате чего прочность может быть соответственно улучшена. Однако существует также нежелательный эффект из-за большого отношения площади поверхности к объему, поскольку наночастицы склонны к слипанию, и будет образовываться множество очень слабых по прочности кластеров наночастиц, что приведет к гетерогенной микроструктуре [47]. Это может быть причиной того, что степень гидратации все еще немного увеличивалась, в то время как наблюдалось ограниченное увеличение прочности строительного раствора, когда дозировка наночастиц TiO ₂ превышала 2 мас.% в этом исследовании. Это явление также может быть связано с тем, что наночастиц TiO ₂ достаточно для объединения со свободной известью, что приводит к потере прочности из-за выщелачивания избыточного количества кремнезема [28].

Следует отметить, что, хотя прочность была увеличена наночастицами TiO ₂ , усиление все еще не было очень выраженным при низких температурах. Поскольку при низких температурах общая скорость гидратации цемента снижается, увеличение прочности, в основном за счет образования гелей C-S-H, соответственно откладывается.

На основании результатов испытания на время схватывания, испытания степени гидратации и испытания на механическую прочность образец с 2 мас.% Наночастиц TiO ₂ показал превосходные характеристики, поэтому оптимальной дозировкой была принята 2 мас.%. В следующих экспериментах были выбраны образцы с 2 мас.% Наночастиц TiO ₂ и обычный образец, чтобы проиллюстрировать механизм, почему наночастицы TiO ₂ могут ускорять гидратацию цемента при низких температурах.

3.2. Структура пор

Интегральные кривые и дифференциальные кривые распределения пор по размерам образцов без наночастиц TiO ₂ и с 2 мас.% Наночастиц TiO ₂ при различных температурах показаны на рисунке 4. Эти две кривые можно использовать для иллюстрации распределения пор в образцах. Наивысшая точка на интегральных кривых распределения пор — это общий удельный объем пор образца, а меньший общий объем пор указывает на меньшую пористость образца.Диаметр пор, соответствующий пику на дифференциальных кривых распределения пор, рассматривается как наиболее вероятный размер пор, на который приходится наибольшая доля размера пор в образце по сравнению с остальными размерами пор, а наибольший — наиболее вероятный. размер пор указывает на больший средний размер пор [33].

Из результатов испытаний на рис. 4 (а) очевидно, что образцы с наночастицами TiO ₂ имели меньший объем пор по сравнению с образцами без наночастиц и с 2 мас.% TiO ₂ , общий объем пор уменьшился на 12,1%, 11,5%, 10,1% и 7,3% при 20 ° C, 10 ° C, 5 ° C и 0 ° C соответственно. Также мы заметили, что с 2 мас.% Наночастиц TiO ₂ в образце объем безвредной поры (<20 нм) и поры с низким уровнем вреда (20–50 нм) увеличился, в то время как объем вредной поры ( 50–200 нм) и уменьшаются многокомпонентные поры (> 200 нм), что указывает на то, что наночастицы TiO ₂ могут улучшить структуру пор и уменьшить пористость [48].Напротив, было замечено, что при низких температурах вредные и множественные поры увеличиваются, тогда как безвредные и маловредные поры уменьшаются, что демонстрирует, что низкая температура оказывает неблагоприятное влияние на развитие структуры пор. Из рисунка 4 (b) видно, что наиболее вероятные размеры пор в образце, содержащем наночастицы TiO ₂ , также были меньше по сравнению с обычным образцом, что указывает на то, что размер пор геля уменьшился из-за добавления наночастиц TiO ₂ [49 ].Рассматривая эти два показателя, можно обнаружить, что включение 2 мас.% Наночастиц TiO ₂ оптимизировало распределение пор в образцах, хотя общая эффективность была снижена из-за низких температур. Это может быть причиной того, что образцы, модифицированные 2 мас.% Наночастиц TiO ₂ , показали превосходные характеристики механической прочности, поскольку прочность образца тесно связана с его пористостью и микроструктурой.

Для образцов без наночастиц TiO ₂ общий удельный объем пор увеличивался по мере снижения температуры отверждения, и наиболее вероятный размер пор также увеличивался, что указывает на то, что низкие температуры ухудшили структуру пор образцов и увеличили их пористость.Следовательно, прочность образца была нарушена низкими температурами. Наночастицы TiO ₂ , благодаря своим особенностям, могут заполнять поры в образце цемента и действовать как ядро ​​для осаждения продуктов гидратации, создавая, таким образом, однородную и плотную структуру, что может объяснить соответствующее изменение прочности.

Однако даже с добавлением наночастиц TiO ₂ поровая структура образца цемента вряд ли может быть улучшена при 0 ° C. Основная причина этого явления заключается в том, что низкая температура подавляет реакцию гидратации каждого компонента цемента и уменьшает взаимное движение между молекулами, особенно при 0 ° C, что приводит к общему снижению реакции гидратации и, в конечном итоге, к плохому развитию структура пор.

3.3. Термогравиметрический анализ

Согласно выводам предыдущих исследователей, обычно считается, что при температуре от 30 до 120 ° C испаряемая вода в затвердевшем цементном тесте удаляется, а разложение гидроксида кальция (CH) происходит при температуре от 400 до 550 ° C. C, а декарбонизация карбоната кальция (CaCO ₃ ) происходит между 700 и 900 ° C [50]. На основе этой теории был проведен термогравиметрический анализ обычного цементного теста и пасты с 2 мас.% TiO ₂ наночастиц, отвержденных при различных температурах отверждения в течение 28 дней для изучения потери массы образцов, подвергнутых повышенной температуре, и содержание CH представлены на рисунке 5. Точнее, часть CH может участвовать в процессе. карбонизации вместе с C3S, C2S и CSH [51]. Однако довольно сложно количественно оценить потерю массы CH во время процесса карбонизации, и в результате содержание CH, рассчитанное на основе потери массы в температурной области 400–550 ° C, обычно выбирается в качестве индекса для описания гидратации. степень паст.Содержание CH можно определить по следующему уравнению: где — процентное содержание CH, и — потери массы образцов при 400 ° C и 550 ° C, соответственно, и — молярные массы CH и воды, которые составляют 74,10 г / моль и 18,02 г / моль соответственно.

Результаты показали, что содержание CH в цементных пастах неуклонно увеличивалось при повышении температуры отверждения с 0 ° C до 20 ° C независимо от наличия или отсутствия наночастиц TiO ₂ , демонстрируя, что низкая температура ингибирует процесс гидратации цемента.Напротив, цементные пасты с наночастицами TiO ₂ имели больше содержания CH по сравнению с обычными цементными пастами, потому что наночастицы TiO ₂ могли улучшать гидратацию цемента из-за их характеристики высокого отношения площади поверхности к объему. Результаты термогравиметрического испытания очень хорошо согласуются с испытанием на прочность, поскольку образование большего количества CH из-за реакции гидратации C ₃ S и C ₂ S напрямую иллюстрирует большее образование гелей CSH, что приводит к повышению прочности .

3.4. Рентгеновская дифракция

Рентгеноструктурный анализ был проведен на обычной цементной пасте и пасте с 2 мас.% Наночастиц TiO ₂ при различных температурах отверждения в возрасте 28 дней, и результаты показаны на рисунке 6. Из рисунка 6 ( 6), можно наблюдать, что дифракционные пики наночастиц TiO ₂ появляются при 25,33 °, 36,25 ° и 42,33 °, что указывает на то, что наночастицы TiO ₂ не участвовали в гидратации цемента, а только предоставляли дополнительное пространство для прикрепление продуктов гидратации, таких как гидроксид кальция (CH), гели CSH и эттрингит.Следует отметить, что, несмотря на колебания температуры отверждения, дифракционные пики CH при 29,63 °, 47,73 ° и 48,77 ° были более интенсивными в цементном тесте, содержащем 2 мас.% Наночастиц TiO ₂ по сравнению с соответствующими пиками. пики в обычном цементном тесте показаны на рисунке 6 (а). Между тем, интенсивность дифракции гелей CSH и эттрингита при 23,22 °, 39,20 ° и 39,65 ° в цементном тесте, содержащем 2 мас.% Наночастиц TiO ₂ , также увеличилась, демонстрируя, что роль наночастиц TiO ₂ в ускорении гидратация цемента.

В сочетании с рисунками 2 и 5 дифракция рентгеновских лучей согласуется с результатами анализа степени гидратации и термогравиметрического анализа. Степень гидратации была увеличена за счет 2 мас.% Наночастиц TiO ₂ , так как в процессе гидратации образовывалось больше гелей CH и C-S-H с увеличением дифракционных пиков гелей CH и C-S-H. А с понижением температуры отверждения количество гелей CH и C-S-H уменьшилось, а соответствующие дифракционные пики также уменьшились, что, в свою очередь, подтвердило результаты степени гидратации.

3.5. Анализ SEM

Микроструктурные изображения обычного цементного теста и пасты с добавлением 2 мас.% Наночастиц TiO ₂ наночастиц, отвержденных при различных температурах в возрасте 28 дней, показаны на рисунках 7 и 8. Микроструктуры обычного цементного теста при разных температурах отверждения можно заметить на рисунке 7. В свете результатов механической прочности и пористости, прочность на сжатие и изгиб образцов, отвержденных при 0 ° C, была ниже по сравнению с образцами, отвержденными при более высоких температурах, а распределение пор было сравнительно более грубым при 0 ° C. .Соответственно, изображение цементного теста при 0 ° C, показанное на Рисунке 7 (а), показало неплотно упакованную микроструктуру с меньшим количеством продуктов гидратации, что согласуется с вышеупомянутыми испытаниями. С повышением температуры отверждения образовывалось больше гидратированных продуктов, содержащих кристаллы CH и гели CSH, как показано на рисунках 7 (b) –7 (d), на изображениях SEM было обнаружено больше гелей CSH, и микроструктуры оказались намного более плотными. .

При включении 2 мас.% Наночастиц TiO ₂ процесс гидратации был ускорен, и было произведено больше продуктов гидратации, как показано на Рисунке 8, а в качестве дополнительного пространства для осаждения продуктов гидратации нетрудно получить обнаружили, что гели CSH и эттрингит образовывались на поверхности наночастиц TiO ₂ с увеличением срока отверждения, тем самым способствуя образованию более плотной и тесно связанной микроструктуры.Однако общее улучшение наночастиц TiO ₂ все еще было ослаблено низкими температурами, и пасты, отвержденные при 20 ° C, имели более плотную микроструктуру с большим количеством связанных вместе гелей C-S-H и эттрингита, чем пасты, отвержденные при низких температурах, особенно при 0 ° C. Эта эволюция изображений SEM показала, что наночастицы TiO ₂ , несмотря на химическую инертность по отношению к цементу, могут ускорять гидратацию цементного теста, тем самым улучшая развитие прочности при низких температурах благодаря его особым характеристикам.

4. Выводы

В настоящем исследовании оценивались физико-механические свойства вяжущих материалов без и с различными дозами наночастиц TiO ₂ при температурах отверждения 0, 5, 10 и 20 ° C, а также был использован микроструктурный анализ. объяснять и проверять результаты физико-механических испытаний. На основании результатов экспериментов можно сделать следующие выводы: (1) Низкая температура оказала нежелательное влияние на время схватывания цементных паст, в то время как с введением наночастиц TiO ₂ время схватывания паст значительно сократилось, и более того. При добавлении наночастиц TiO ₂ время схватывания короче.(2) Было обнаружено, что степень гидратации повышалась с увеличением времени отверждения и температуры отверждения, и наночастицы TiO ₂ обладали способностью ускорять гидратацию цемента. (3) Увеличивать дозировку TiO _{2 Наночастицы} не обязательно улучшали развитие прочности цементного раствора, и оптимальная добавка составляла 2 мас.% В этом исследовании, а прочность демонстрировала тенденцию к снижению, когда дозировка наночастиц TiO ₂ превышала 2 мас.%.(4) Результаты МИП показали, что с включением 2 мас.% Наночастиц TiO ₂ объем пор и наиболее вероятный размер пор стали меньше, демонстрируя гораздо более плотную микроструктуру цемента. (5) TiO ₂ наночастицы, хотя и инертны по отношению к цементу, могут ускорить гидратацию цемента, тем самым способствуя образованию большего количества продуктов гидратации, что может быть подтверждено рентгеноструктурным тестом, проведенным на цементном тесте в возрасте 28 дней. (6) С добавлением TiO ₂ наночастиц, новые гидраты в цементных пастах не образовывались, но по сравнению с обычными цементными пастами дифракционные пики продуктов гидратации были более интенсивными.Низкие температуры замедляли гидратацию цемента со слабыми дифракционными пиками во всех цементных пастах. (7) Объяснение морфологии, полученной с помощью теста SEM на обычном цементном тесте и пасте с 2 мас.% TiO ₂ наночастиц, отвержденных при разных температурах в возрасте 28 дней. экспериментальные результаты. Образец с наночастицами TiO ₂ показал сравнительно более плотную микроструктуру с тесно связанными гелями C-S-H и эттрингитом.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, доступны у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Это исследование было поддержано Фондом фундаментальных исследований для центральных университетов Чанъаньского университета (№ 300102218523). Некоторые экспериментальные исследования, такие как анализ с помощью SEM и термогравиметрический анализ, были проведены в Сианьском университете Цзяотун, и настоящим признаем это.

.