Время реакции цемента с водой

Бетон — что это такое?

Бетон – это искусственный каменный материал для строительства, который получается в результате формования и затвердевания правильно подобранной смеси, включающей вяжущее вещество, воду, а также мелкие и крупные наполнители. Все это претерпевает обязательное уплотнение. В некоторых случаях используются специальные добавки, а если речь идет об асфальтобетоне, то вода вовсе не используется.

Гидратация – что это такое

Гидратация цемента – это физико-химический процесс связывания воды и ингредиентов цементного порошка. Тут стоит внимательнее изучить состав цемента и понять, каким образом взаимодействуют с водой различные компоненты, как они влияют на сроки схватывания цемента и другие характеристики.

Компоненты, входящие в состав цемента:

• С2S – двухкальцивеый силикат
• С3S – трехкальциевый силикат
• С3А – трехкальциевый алюминат
• С4АF – четырехкальциевый алюмоферит

Влияние компонентов на гидратацию:

Все минеральные составляющие цемента важны для его качества и правильного прохождения процесса гидратации. При смешивании портландцемента с водой в составе сразу создаются новые внутрикристаллические связи, демонстрирующие постепенно нарастающую прочность и доводящие бетон до состояния искусственного камня.

Ввиду того, что сроки схватывания цемента невелики и составляют в норме от 45 до 90 минут, готовить смесь нужно непосредственно перед использованием, чтобы успеть залить и выполнить все работы до начала достижения реакцией того этапа, когда работать со смесью уже невозможно (трудно заливать) или бесполезно (понижается уровень прочности).

Для полного прохождения реакции гидратации соотношение объемов цемента и воды обычно берут равное 3:2. Химически связывается до 25% молекул воды, остальные же остаются в гелевых порах бетона, пребывая в физически связанном виде. Уменьшение объема воды приведет к неполной гидратации, повышение – к появлению капиллярных пор в процессе связывания, что понижает прочность. Точные объемы составляющих всегда указываются в инструкции к цементу или рецептуре приготовления конкретной марки бетона.

Основные стадии затвердевания

Используя специальные добавки, можно замедлить или ускорить процесс затвердевания раствора, а также придать ему дополнительные технические характеристики.

Итак, многие знают, что процесс затвердевания цементного раствора условно подразделяется на два основных момента. Это схватывание и твердение.

Что касается стадии схватывания, то длится она недолго, примерно 24 часа после того, как смесь приготовлена. Самым важным фактором, влияющим на время схватывания, является температура воздуха:

• если температура воздуха соответствует значению в 20 градусов, это означает, что цементный раствор будет схватываться где-то через два часа после того, как произведено замешивание. А окончательное схватывание произойдет спустя три часа. Это говорит о том, что весь рассматриваемый процесс займет всего один час;
• в случае, когда температура является близкой к 0 градусов, этот же самый процесс может затянуться и по продолжительности составить около 20 часов. Обусловлено это тем, что схватывание, точнее его начало, будет происходить только по прошествии времени от 6 до 10 часов.

Еще одним важным фактором, влияющим на скорость процесса схватывания, являются специализированные добавки, которые либо ускоряют реакцию, либо замедляют ее.

Застывание цемента:
рис. а) – повышение прочности цемента в зависимости от времени;
рис. б) – взаимодействие цемента с водой:
1 – зерна цемента; 2 – вода; 3 – гидратные новообразования; 4 – воздушные поры.

Не забудьте, что все время схватывания раствор цемента сохраняет подвижность. Иначе говоря, он все еще поддается различным воздействиям. А осуществление каких-либо действий с еще не схватившимся цементом увеличивает период первоначального процесса (схватывания).

Следующая стадия, характерная для бетонных растворов – твердение. Она наступает сразу же после окончания первой стадии (схватывания). Можно считать, что этот процесс может тянуться в течение нескольких лет.

Срок, например, 28 суток, указанный в инструкции, говорит лишь о том, что на этот период времени гарантируется достижение определенной марки бетона. Первые несколько дней твердения бетона отличаются динамичностью и нелинейностью. Чтобы понять причину этой особенности, необходимо изучить данные, описывающие процесс гидратации.

Как правильно проводить увлажнение бетона

При увлажнении бетонных построек следует избегать образования луж на поверхности кладки. При помощи специальных шлангов или капельным поливом нужно равномерно распределить влагу и тем самым контролировать внутренние реакции сцепления. Такие процедуры проводятся от одного до пяти раз в день, в зависимости от температуры воздуха и сопутствующих факторов. Каждый случай индивидуален, но увлекаться поливом тоже не стоит, лишняя вода может разрушить свежий слой цемента.

Не стоит также преждевременно снимать опалубку. Внутри этой конструкции может сохраниться влага, которая поможет закончить начатые химические реакции внутри бетона.

Естественные условия твердения бетона

Твердение бетона в естественных условиях является наиболее распространенным вариантом, который используется чаще всего. Причина заключается не только в доступности, но и минимальных затратах на осуществление подобного способа. Как уже говорилось, стандартное время на твердение бетона в естественных условиях — это около 28 суток, пока состав набирает прочность. Важным моментом является именно процентное соотношение в смеси вяжущего материала и воды.

Между ними происходит химическое взаимодействие, способствующее набору прочности. Частицы цемента начинают скреплять между собой все элементы заполнителя, обеспечивая монолитную массу. Вне зависимости от условий твердения, соотношение воды и вяжущего материала всегда строго просчитывается и соблюдается. Если того или иного компонента будет недостаточно, это приведет к существенной потере во всех эксплуатационных характеристиках. Все пропорции представлены в специализированных документах, позволяющих на их основе создать материал с широким диапазоном показателей. Естественное твердение бетона используется в теплый период года, при создании конструкций, заливаемых непосредственно на строительной площадке. К данной категории относятся различные типы фундаментов, как наиболее популярный класс монолитных объектов.

Безводные минералы клинкера при реакции с водой превращаются в гидросиликаты, гидроаллюминаты и гидроферраты кальция.

Образовавшийся Ca(OH) 2 под

действием CO 2 воздуха

гидроаллюминаты кальция с гипсом в присутствии воды дают двойные основные сульфаты, например Ca 6 Al 2 (OH) 12 (SO 4 ) 3 *26H 2 O и Ca 4 Al 2 (OH) 12 SO 4 *6H 2 O При получении бетона

образовавшийся Ca(OH) 2 с CO 2 воздуха и SiO 2 превращается в очень прочную массу, состоящую из карбонатов и силикатов кальция.

Три основных метода создания условий

Бетонную смесь температурой +15-30 градусов размещают в утепленной опалубке. Конструкция набирает необходимую прочность благодаря начальному теплу, пока не достигнет отметки остывания в 0°C. Во время реакции цемента с водой, выделяется тепло, его количество зависит от вида используемых материалов. Иногда метод термоса дополняют предварительным прогревов бетона до 60-80 градусов, который уплотняют в горячем состоянии.