Сколько сохнет бетон

С первых же строк этой статьи мы вынуждены сказать, что термин «засыхание бетона» является принципиально неправильным и категорически вредным. Его применение ведет к тому, что многие неискушенные самодеятельные строители при заливке бетонных конструкций совершают фатальные ошибки, ведущие к получению прямо противоположного результата — вместо монолита, способного простоять тысячелетия, у них получается нечто аморфное, не обладающее несущей способностью и прочностью.

Химические и физические основы прочности бетона

Бетон — это искусственный камень, который получается в результате механического сплачивания неорганических веществ, имеющих кристаллическую структуру — горных пород (вулканических или осадочных) или песка, их производного, полученного при размельчении. То есть, взаимного проникновения частиц друг в друга на молекулярном уроне и их удержание силой межатомного притяжения не существует.

Этот факт важен для понимания потому, что вещество, создающее объем и массу бетонных конструкций — его называют наполнителем, при неправильно подобранном сорте или несоблюдении технологии отверждения связующего, может рассыпаться до исходного дискретного состояния при приложении минимальных физических нагрузок.

Единственным связующим при приготовлении бетонной смеси является цемент. В исходном состоянии — это механическая смесь ингредиентов, их называют клинкером, полученных методом измельчения и обжига известняка и глины. Клинкер состоит из трех групп основных веществ:

1. Силикаты — смесь окислов кальция и кремния.
2. Алюминаты — смесь окислов кальция и алюминия.
3. Алюмоферриты — в смеси присутствует окислы кальция, алюминия и железа.

Особенностью клинкера является то, что в присутствии воды его ингредиенты из аморфной массы превращаются в кристаллическую структуру. Этот процесс, в ходе которого вода поглощается и выделяется тепло, как побочный продукт, называется реакцией гидратации. Она обладает скоростью, зависящей от ряда внешних факторов — о них мы расскажем здесь же, но чуть позже. И проходит в несколько этапов.

Сразу после добавления воды в цемент начинается загустевание смеси. На первом этапе течения реакции наиболее ее активными участниками являются алюминаты и алюмоферриты. При их взаимодействии с водой выделяется до 1500 Дж/г — связующее разогревается, что ведет к активации процесса и началу роста иглоподобных кристаллов. Через 8-10 часов они заполняют весь объем связующего, такая кристаллическая структура называется алюминатной. После этого срока бетонная масса, залитая в опалубку или распределенная по перекрытиям (стяжка пола) уже держит форму и не растекается. Но не обладает прочностью и несущей способностью.

Застывание цемента и набор прочности происходит на втором этапе. В котором участвуют, в основном, силикаты. Процесс так же сопровождается выделением тепла, но в меньших количествах — до 800 Дж/г. И потому он более длительный. В это время происходит замена непрочной структуры больших иглоподобных алюминатных кристаллов на мелкие силикатные. В результате образуется однородная (гомогенная) структура с мелкими порами за счет побочного выделения кислорода, остающегося в застывающей массе.

В ходе обоих этапов объем залитой массы уменьшается, поскольку снижается количество вступившей в реакцию воды. В целом усадка залитой бетонной массы может достигать 30%. Нормой является значение не выше 10%.

Вот как набирает прочность бетон в реальности. Ничего общего с банальной сушкой, то есть испарением воды, он не имеет.

От чего зависит прочность бетона

Способность воспринимать нагрузки массой, состоящей из дискретных фракций наполнителя и кристаллизованного цемента, их связывающего, зависит от множества факторов. К ним относятся:

• Правильности течения реакции гидратации.
• Марки цемента.
• Марки наполнителя и его вида.
• Соотношения количества связующего и наполнителя.
• Равномерности распределения наполнителя по объему заливаемой конструкции.

Ключевыми факторами, влияющими на течение реакции гидратации цемента, являются температура и количество воды. Для бетонных работ одинаково вредны и лютый холод, и испепеляющий зной. В основном, потому что вода, основной реагент, меняет свое агрегатное состояние. Замерзнув, она не вступает в реакцию с цементным клинкером, а превратившись в пар — уходит из него в атмосферу. Оптимальным количеством воды является от 50 до 70% всей заливаемой массы.

Чем выше марка цемента, тем больше в нем активных ингредиентов. Тем выше скорость течения реакции замещения воды и количество выделяемого тепла. Так, например, время затвердевания бетона М300 в опалубке может быть на 3-4 дня меньше, чем при использовании раствора М200. При прочих равных условиях. И тем больше образуется силикатных кристаллов в процессе набора прочности. Решетка из них получается более плотной и потому прочной.

Наполнитель бывает разным по прочности, и у него так же есть марка. В нем может преобладать щебень известнякового происхождения или иных осадочных горных пород. Бетон на его основе может использоваться для фундаментов малоэтажных зданий, бордюров и иных не особо ответственных конструкций. Для высотных зданий, мостов и иных сооружений применяется бетон с наполнителем из вулканических пород — гранита или базальта.

Марка наполнителя и связующего должны соответствовать друг другу. Высокопрочный цемент будет создавать чрезмерное напряжение и может вызвать разрушение наполнителя. И наоборот — раствор с низкой маркой не удержит тяжелого и прочного наполнителя. В обоих случаях конструкция получится непрочной.

Если цемента слишком много, то при наборе бетоном прочности происходит его интенсивная усадка. Кроме того, кальциевые кристаллы, из которых состоит прореагировавшая масса, не так уж и прочны. Хотите, чтобы залитый бетонный фундамент был прочным? Строго соблюдайте рекомендуемые пропорции, указываемые производителем на упаковке.

Огромную роль в достижении заливаемыми бетонными требуемой конструктивной прочности играет правильное расположение в них наполнителя. Он должен быть уложен плотно и равномерно. Это не очень актуально при применении песка и заливке стяжек пола — мелкие фракции довольно малоподвижны в густой массе застывающего цемента. Но чем щебень крупнее, тем больше внимания надо уделить ему.

Чтобы он лег плотно, не скапливаясь в нижней части опалубки, применяются вибротрамбовки. При толщине конструкций до метра они могут устанавливаться на поверхности. Лучшие результаты дают глубинные вибраторы, рабочая часть которых выглядит как сильно удлиненное долото отбойного молотка. В крайнем случае, вы можете применить активное штыкование лопатой на всю глубину. Но процесс этот требует больших физических усилий.

Длительность процесса

Работы по заливке бетона не только имеют большой объем и трудоемкость, но и занимают довольно приличный период времени. Потому что сразу после наполнения опалубки щебеночно-цементной массой необходимо пройти этапы схватывания и набора прочности. До их окончания приступать к иным работам нельзя.

Длительность процесса регулируется плохо. При отсутствии навыков эти попытки могут закончиться фатально. На то, чтобы при температуре 20 ⁰С бетон М200 затвердел в опалубке полностью, требуется не менее 21 дня.

Однако существует такое понятие, как «нормативно безопасный срок», спустя который можно снимать опалубку и постепенно нагружать залитые конструкции. В этом случае залитая масса достигает 70-80% прочности. В таблице ниже приведены данные о ходе процесса для бетона марки М400, полученные практическим путем.

Сроки, выделенные жирным шрифтом, это как раз те моменты, когда вы можете считать все конструкции достаточно прочными для восприятия нагрузки.

То есть, в погожий летний день вы можете начать возводить, например, стены бани уже через три дня после заливки бетона в фундамент. А если вы потратите еще два дня на разборку опалубки, то можете вообще ничего не опасаться, все будет стоять как надо.

Так что для тех, кто впервые занялся бетонными работами, не стоит пытаться что-либо ускорить. Естественный ход процесса компенсирует небольшие ошибки, совершение которых просто неизбежно при отсутствии должных навыков.

Понимание сути процессов, происходящих при схватывании и наборе прочности бетоном, позволит практически любому самостоятельному застройщику качественно выполнить заливку фундамента или иных конструктивных элементов здания. И при этом получить результат вполне достойного качества.