Что такое свободная вода в бетонной смеси
Роль воды в бетоне
Роль воды в бетоне на сомом деле очень огромна. Она выполняет функции не только растворителя, но и химического реагента, без которого бетон просто не сможет быть пластичным, а также не сможет затвердеть. Нужно знать, что вода в бетоне должна иметь хорошее качество, т.е. она не должна быть мутной, не должна содержать примесей, хлора и других грубых веществ, которые придают ей неприятный запах.
То, какую температуру будет иметь вода, тоже важно. Если бетон изготавливается, к примеру, зимой, то температура жидкости должна быть примерно 40°, не более. Если же это теплое время года, то, соответственно, вода должна быть холодной. Эти условия необходимы для оптимального схватывания бетона.
Если рассмотреть то, как взаимодействует вода в бетоне более подробно, то можно сказать, что она нужна для обеспечения составу:
• реакции с вяжущим веществом;
• превращения его в монолитную массу.
Конечно же, количество воды должно быть строго рассчитано для каждой марки бетона. Этот параметр должен быть таким, чтобы в процессе реакции с вяжущим веществом не осталось лишнего количества воды. В противном случае, после того, как масса станет монолитной, в ней образуются пустоты.
Какая вода подходит для бетона?
Большинство людей думает, что абсолютно вся вода подходит для бетона, т.е. взять ее можно из любого источника. Однако, это совсем не так. Требования к воде в бетоне не самые строгие, но при их несоблюдении последствия могут быть не очень хорошими.
Питьевая вода.
Питьевую воду можно применять для бетона, она не требует проверки.
Грунтовые воды.
Грунтовые воды можно использовать для бетона, но после проверки.
Техническая вода.
Техническую воду можно использовать для бетона, но только после проверки.
Морская вода.
Использование морской воды подходит только для неармированного бетона.
Сточные воды.
Использование сточных вод в бетоне невозможно.
Так, можно сделать вывод, что вода для бетонной смеси может быть взята из проверенных источников или же та, которая прошла химический анализ в специализированной лаборатории.
Остерегайтесь мошенников!
Завод «ОрехБетон» принимает заявки строго по указанным на сайте номерам телефонов и через почту. Другие номера телефонов к заводу не имеют отношения.
Все авто миксеры «ОрехБетон» имеют наклейку с номером телефона.
Виды воды в бетонной смеси
Вода, содержащаяся в бетонной смеси, может быть:
— В связанном состоянии, когда она находится во взаимодействии с твердыми частицами смеси и удерживается в ней силами, превышающими силу тяжести;
К связанной воде относятся:
А) химически связанная вода;
Б) адсорбционно связанная вода;
В) капиллярно связанная вода
Химическое связывание воды происходит в результате химических реакций с участием минералов, составляющих цементный клинкер. Её количество определяют стехиометрические соотношения в таких соединениях, как Ca(OH)2, Mg(OH)2 и различных кристаллогидратах составляющих основу цементного клинкера. Эта вода нас, пока, не интересует (во всяком случае, в рамках темы именно этой рассылки).
Адсорбционно-связанная вода – это тонкие, молекулярной толщины, и окружающие их, более толстые – порядка 0.1 микрона пленки воды, покрывающие все твёрдые компоненты бетонной смеси. В таких тонких слоях вода уже изменяется – значительно повышается её плотность и структурная вязкость. С физической точки зрения, в таких тонких плёнках воду следует уже рассматривать не как жидкость, а как твёрдое тело.
Количество воды, затрачиваемое на образование слоя адсорбционно-связанной воды наибольшей толщины, определяет максимальною влагоемкость твердых компонентов бетонной смеси. А её величина непосредственно зависит от удельной поверхности твердых частиц. В бетонной смеси наибольшее значение имеет влагоёмкость вяжущего вещества – цемента, и других мелкозернистых добавок, обладающих наибольшей удельной поверхностью – глинистые и илистые включения в заполнители.
Капиллярно связанная вода находится под действием капиллярных сил, развивающихся в результате поверхностного натяжения возникающего на границе двух сред. В узких капиллярах цементного камня диаметром менее 40 микрон, вода удерживается исключительно капиллярными силами. Чем меньше диаметр капилляра, тем эти силы больше. И соответственно больше давление, преодолевая которое влага стремится заполнить эти капилляры – до 200 атм. (В этой связи становится понятно, что любые обмазочные гидроизоляции бетонов не способны в полной мере бороться с капиллярным водоподсосом – с усилием в несколько сот атмосфер, с которым вода стремится проникнуть в бетон, можно бороться только тем же «капиллярным оружием»).
Кроме того, сквозные капилляры диаметром меньше 0.2 микрона могут самопроизвольно заполняться водой в процессе сорбции и конденсации в них водяных паров уже на стадии эксплуатации. Чем меньше диаметр пор, тем этот процесс идет легче. Но и удаление такой капиллярной влаги происходит аналогично – чем тоньше пора, тем сложней из неё эту влагу извлечь.
Водонепроницаемость бетона: что это, и от чего она зависит
Бетон — один из самых распространенных в строительных работах материалов.
Поскольку он используется для изготовления объектов, которые напрямую контактируют с неблагоприятными условиями окружающей среды, большое значение имеет способность бетона не пропускать воду.
Почему бетон может пропускать воду, и чем это грозит?
Дело в том, что, хотя бетон выглядит очень плотным и неуязвимым, он имеет большое количество пор и капилляров в своей структуре.
По капиллярам в толщу бетона попадает вода. В результате там может развиться жизнедеятельность бактерий и грибков, споры которых всегда есть в воздухе и воде. Эти микроорганизмы и микрофлора способны серьезно навредить бетону, поскольку продукты их жизнедеятельности содержат губительные для него кислоты и щелочи.
В холодные сезоны, когда температура воздуха опускается ниже нуля, вода в порах бетона замерзает и, согласно законам физики, расширяется. Повторные циклы замораживания и оттаивания приводят к появлению микротрещин, в которые попадает еще больше воды. Так постепенно прочный и крепкий материал разрушается.
Водонепроницаемость бетона имеет особенно большое значение для конструкций, которые в процессе эксплуатации будут намокать: фасады зданий, которые намокают от осадков и могут впитывать влагу из воздуха; фундаменты, особенно на влажных грунтах, в которых вода легко перемещается как вниз так и вверх по грунту возле стен и под полом подвала; гидротехнические сооружения; полы в производственных помещениях и т.д.
Факторы, влияющие на водонепроницаемость бетона
На количество и размер пор и капилляров в толще бетона напрямую влияет его плотность, поскольку, чем выше плотность, тем меньше в бетоне пор, и меньше их диаметр.
Факторы, которые приводят к снижению плотности бетона:
Эти факторы связаны друг с другом.
Для получения бетона вяжущее вещество водного твердения — цемент — смешивают с водой и заполнителями. Чтобы запустить реакции гидратации, продуктом которых и является прочный материал с кристаллической структурой (бетон), достаточно водоцементного соотношения, равного 0,3.
На практике такое в/ц обычно не используется; нужно 0,45–0,55, чтобы у бетонной смеси была нормальная для работы консистенция. Тем не менее, чем ниже в/ц, тем плотнее будет бетон, но низкое водоцеменное соотношение приводит к снижению подвижности бетона (смесь становится «жесткой»), и укладка его становится очень трудоемкой. Без виброобработки при укладке бетона в нем возможно появление каверн и полостей, что впоследствии плохо скажется на плотности и водонепроницаемости.
Казалось бы, проблему легко решить, добавив воды. Но это ошибочный ход мыслей; при излишнем добавлении воды в смесь не вся вода вступает в реакцию с цементом. Излишки воды впоследствии высыхают, но они оставляют полости, из-за чего прочность бетона снижается.
Трудоемкие процедуры по уплотнению бетона можно заменить добавлением в бетонную смесь пластификаторов. Эти добавки разработаны таким образом, чтобы минимизировать размер пор и улучшить удобоукладываемость бетона, вследствие чего бетонное изделие получится более плотным, а значит, и менее проницаемым для воды.
Дополнительные преимущества использования пластификаторов:
Советуем изучить: Пластификаторы
Еще один фактор снижения водонепроницаемости бетона — большая усадка, из-за которой появляются трещины.
Причины усадки:
Оптимальные условия твердения бетона — температура около 18° С и почти стопроцентная влажность. При снижении температуры скорость набора прочности снижается вплоть до полной остановки при температуре ниже +5° С. С другой стороны, при повышении температуры воздуха появляется риск высыхания бетона, а поскольку цемент — это вяжущее водного твердения, высыхание приводит к снижению прочности.
Чтобы набор прочности происходил оптимально, используются специальные химические противоморозные добавки, которые позволяют вести бетонные работы даже в морозы, а также используют другие методы (укрывание и обогрев бетона). В жаркую погоду бетон укрывают и поливают водой. Для предотвращения усадки бетон армируют не только металлической арматурой, но и специальными волокнами, к примеру, фиброволокном.
Советуем изучить: Фиброволокно
Как возраст бетона влияет на его водонепроницаемость
Как известно, скорость набора прочности бетона неравномерна. Сразу после укладки она очень высокая, затем постепенно замедляется. Бетон созревает на 28-е сутки. Именно тогда его показатели достигают расчетных значений. Однако набор прочности, пусть и в очень медленном темпе, продолжается в течение многих месяцев.
Вот почему водонепроницаемость бетона с возрастом увеличивается, особенно в тех случаях, когда набор прочности происходил в условиях повышенной влажности.
Способы определения водонепроницаемости
Водонепроницаемость бетона имеет большое значение для конструкций, которые эксплуатируются в условиях высокой влажности, а также при низких температурах. Вот почему необходимы критерии ее оценки и способы определения.
ГОСТ 12730.5-84 рекомендует следующие методы оценки водонепроницаемости бетона:
Оба этих метода очень длительные, поэтому разработаны ускоренные способы, которые применяются чаще:
Характеристика марок бетона по водонепроницаемости
Повышенная водонепроницаемость начинается с W6 и выше. Для большинства конструкций такой водонепроницаемости бетона достаточно.
Способы повышения водонепроницаемости бетона
Водонепроницаемость бетона можно повысить различными способами, выбор оптимального метода или их комбинаций зависит от конкретных целей и требований:
Гидрофобизаторы делятся на группы по типу активного вещества:
Если старые гидрофобизаторы отличались токсичностью, современные добавки достаточно безопасны.
Преимущества гидрофобизаторов:
Основной их недостаток — повышение теплопроводности бетона и снижение его теплоизолирующих свойств.
Какой бетон использовать для фундамента
Для фундамента прежде всего выбирают бетон по прочности. Дома бывают разные: легкие деревянные, более тяжелые кирпичные или из других материалов, одно-, двух и многоэтажные. Соответственно, они требуют разных показателей прочности бетона. Бетон низкой прочности не выдержит нагрузку, что может закончиться фатально, а избыточная прочность приведет к нерациональному расходованию средств.
При выборе бетона учитывается и характер грунта. Большое значение имеет водонепроницаемость бетона, поскольку он будет контактировать с грунтом.
Если дом строится в местности с высоким залеганием грунтовых вод, выбирают более высокий класс бетона и используют гидрофобизирующие добавки.
Для строительства зданий не выше двух этажей, а также бань, деревянных домов применяют бетон В15. Для многоэтажных кирпичных домов — В22,5.
В20 считается универсальным классом бетона для фундаментов в частном строительстве.
Чтобы обеспечить необходимую прочность, подвижность П3—П4, морозостойкость F150 и водостойкость W6, используют, как минимум, 310 кг цемента на 1 куб бетонной смеси.
Принимаясь за самостоятельные строительные работы, следует понимать их объем и трудоемкость. Возможно, имеет смысл закупать готовый бетон. Если же бетонная смесь замешивается и укладывается собственными силами, огромным подспорьем в работе будут специальные добавки для бетона, такие, как пластификаторы и гидрофобизаторы. Они позволяют экономить средства на оплату цемента, воды, электроэнергии, затраты времени и труда на замес, укладку и обработку бетона и при этом получать изделия безупречного качества.
Уход за бетоном после бетонирования
Уход за бетоном после бетонирования – очень важная операция для обеспечения качества замоноличенных конструкций. От правильного ухода за бетоном зависит и прочность бетона, и появление или не появление трещин, и поведение этой конструкции в дальнейшем при эксплуатации. Поэтому уход за бетоном должен стоять на первом месте после его укладки и уплотнения.
В чем заключается уход за бетоном и для чего он делается?
Уход за бетоном предполагает создать такие условия твердения, чтобы:
В чем заключается уход?
Уход за бетоном заключается в:
Таким образом, уход за бетоном сводится к решению двух важных задач:
Предотвращение испарения влаги с поверхности бетонной конструкции и из бетонной смеси
Почему вообще возникает необходимость защищать свежезалитую и уплотненную бетонную смесь от испарения влаги не только с ее поверхности, но и из самой бетонной смеси?
Для начала определимся, что такое бетон? В качестве структурных элементов бетонной смеси различают: цементный камень, крупный заполнитель и песок.
После затвердевания бетонной смеси структура тяжелого бетона представляет собой цементный камень с втопленными в него зернами заполнителя, имеющий множество пор и пустот разных размеров и происхождения.
Разберем, что же такое гидратация цемента, какую роль она играет в производстве бетона.
Гидратация цемента
Гидратация цемента – химическая реакция цемента с водой, в процессе которой жидкий или пластичный цементный клей (цемент + вода) превращается в цементный камень. Первая стадия этого процесса называется загустеванием или схватыванием, вторая – упрочнением или твердением.
Процесс гидратации цемента – самый важный и решающий во всем производстве бетонной конструкции. Изменение любого свойства бетона определяется именно этим процессом. То, в каких условиях происходит процесс гидратации, определяет изменение как структуры бетона, так и его свойств.
При затухании и окончании процесса гидратации, затухают и стабилизируются во времени все изменения свойств бетона.
Само по себе цементное тесто, которое превращается в цементный камень – гигроскопическое вещество (способное поглощать водяные пары из воздуха) так как частицы цемента обладают гидрофильным характером (способностью хорошо впитывать воду), а в самом цементном тесте присутствуют микропоры.
В процессе гидратации цемента в цементном камне возникают крупные капиллярные поры, образовавшиеся при приготовлении цементного теста.
Почему появляются поры в цементном камне?
Дело в том, что для полной гидратации всех цементных минералов, то есть, для того, чтобы цемент полностью прореагировал с водой, воды необходимо примерно 18% от массы цемента (водоцементное отношение В/Ц = 0,18). Но для того, чтобы получить подвижную, а значит и удобоукладываемую смесь, воды добавляется намного больше, и значение водоцементного отношения в большинстве случаев варьируется от 0,4 до 1 (В/Ц = 0,4 ÷ 1). То есть, воды добавляется в 2 ÷ 4 раза больше, чем нужно для нормального затворения цемента.
Что происходит с лишней водой, которая не пошла на гидратацию цемента? Она испаряется, и на месте испаренной воды образуются капиллярные поры, доступные для миграции влаги. А основной закон прочности каменных материалов: кривая зависимости прочности от пористости носит гиперболический характер – чем больше пористость, тем меньше прочность.
К тому же, в процессе гидратации происходит перераспределение качества воды: за счет уменьшения количества свободной или капиллярной воды увеличивается количество химически и физико-химически связанной воды. То есть, для того, чтобы нормально происходила гидратация цемента, необходимо достаточное количество свободной воды.
ГОСТом предусмотрено определять нормативную прочность бетона в возрасте 28 суток. При этом он должен твердеть при нормальной температуре 20 ± 2°С и относительной влажности окружающего воздуха 90-100%.
Фактическое содержание воды в цементном камне зависит от влажности окружающей среды. Если относительная влажность воздуха падает ниже 50%, капиллярные поры быстро осушаются, необходимая для гидратации цемента свободная вода испаряется.
К тому же, при достаточно жаркой погоде, да еще и с ветром, быстрое испарение воды с поверхности бетона может привести к пластической усадке и образованию усадочных трещин в бетоне. Подробнее об этом можно прочитать в статье «Усадочные трещины в бетоне».
Таким образом, повышенная температура наружного воздуха (более 20°С) и пониженная относительная влажность (менее 50%) вызывают не только быстрое испарение воды с поверхности конструкции, но и «вытягивание» воды из тела бетона через поры, а также ее растрескивание. Следовательно, в таких условиях или не следует бетонировать конструкцию вообще, дождаться более благоприятных условий, либо следует предпринять защитные меры: нужно любым способом сохранить влагу в бетоне.
Защитные меры для предотвращения испарения воды
Для обеспечения сохранности воды в бетонной смеси и в твердеющем бетоне, необходимо забетонированную конструкцию закрыть водонепроницаемым или пароизоляционным материалом. Для предотвращения образования волосных трещин на поверхности при высыхании следует предотвратить потерю воды даже до схватывания бетона.
Поскольку бетон в данное время малопрочен, необходимо покрыть его поверхность. Эта защита требуется только в сухую погоду, но может также применяться для предохранения поверхности свежего бетона от дождя.
В настоящее время для этих целей чаще всего применяют герметические пленки или водонепроницаемую бумагу.
Однако, пленка эффективно предохранит бетон от испарения воды, но не допустит проникания воды для пополнения потери последней в результате самоусыхания.
Поэтому, когда бетон схватился, особенно при бетонировании летом, в жарких условиях, необходимо более интенсивно обеспечить увлажнение бетона в твердеющих конструкциях. Влажное выдерживание обеспечивается контактом бетона непосредственно с водой. Это может быть достигнуто распылением или поливкой, а также покрытием бетона мокрым песком или землей либо древесными опилками или соломой. Можно применять периодически увлажняемые хлопковые маты или маты из пеньки и джута, пропитанные битуминозным составом.
Как поливать бетон
— при температуре +15 и выше полив конструкции продолжают в течении 10-15 дней (до набора конструкцией 70% прочности);
— при температуре +10 полив продолжают в течении 5-10 дней.
Регулирование тепловыделения массивных бетонных конструкций
Если конструкция массивная, например, монолитная фундаментная плита или монолитное перекрытие, необходимо предусмотреть плавный подъем температуры в бетонной смеси при его твердении.
При твердении, то есть, при гидратации цемента, происходит выделение тепла, так как схватывание и твердение цемента – процессы экзотермические. Из-за того, что теплопроводность бетона сравнительно низкая, то внутри массивных бетонных конструкций гидратация приводит к значительному подъему температуры.
Главная масса тепла выделяется в течение первых 3-7 суток твердения цемента.
В течении 7 суток с момента затворения цемента водой 1 кг цемента марки 300 выделяет в бетоне более 30 Ккал тепла, а цемент марки 500 – более 50 Ккал.
В массивных конструкциях этому теплу деваться некуда. Разогревается вся конструкция, особенно на глубине, в середине, и даже доходит до верха поверхности. Температура может достигать достаточно высоких значений: 50 — 70°С, иногда и 80°С, и может снижаться в течении нескольких месяцев, если не предпринять меры.
Почему нужно предпринять меры, чтобы температура не превышала каких-то значений? Прежде всего это нужно для того, чтобы не допустить градиента температуры между средним слоем и поверхностью.
Градиент температуры: при различной температуре разных участков тела возникает самопроизвольный перенос тепла от участков с более высокой температурой к участкам с низкой температурой. Возникновение процесса вызывается свойством, которое называется теплопроводностью.
Если этот градиент будет превышать 20-30°С, то может произойти разрыв структуры бетона, появление не только внутренних трещин, которые могут впоследствии залечиться, но и внешних трещин. То есть, пойдет интенсивное трещинообразование, что не допустимо ни для каких конструкций.
К тому же, повышение температуры свежеуложенного бетона приводит к более быстрой гидратации цемента, а, следовательно, к ускоренному схватыванию и меньшей прочности затвердевшего бетона.
Каким образом в таких конструкциях добиваются снижения температуры?
При бетонировании в жаркую погоду могут быть применены некоторые меры еще в процессе производства бетона, снижающие его температуру. Так, чтобы снизить теплоту гидратации, необходимо до минимума сократить содержание цемента в бетонной смеси. Также, для замеса можно использовать лед вместо некоторого количества воды. Однако при этом необходимо следить, чтобы до окончания перемешивания бетонной смеси лед полностью растаял.
Способы ухода за бетоном на площадке
Прежде всего, после укрытия поверхности паронепроницаемым материалом, наливают на эту поверхность холодную воду. Либо насыпают опилки и поливают их водой, либо наливают холодную воду и после ее нагрева, меняют снова на холодную.
Не менее важно и предотвратить резкое снижение температуры бетона. Разница в температуре поверхности и в среднем слое не должна превышать 20-30°С, в зависимости от массивности конструкции. Главное обеспечить скорость подъема температуры и скорость снижения температуры.
Скорость снижения температуры не должна быть резкой. Она обычно составляет 1-2°С в час, а для некоторых конструкция – за сутки 12-13°С. Это указывается в технологическом регламенте в зависимости от массивности конструкции, применяемых материалов и т.д.
Для обеспечения медленного снижения температуры применяются различные способы. Если вдруг температура падает слишком быстро, (обычно это бывает, когда температура воздуха резко понизилась, и поверхность остывает очень быстро и разница между температурой на поверхности и температурой внутри конструкции — очень велика, чего нельзя допускать), то на поверхность бетонной конструкции необходимо уложить теплоизоляционные материалы.
Чаще всего это рулонные теплоизоляционные материалы, например, минераловатные плиты. Это позволяет сохранить тепло на поверхности конструкции, и тогда разница между температурами наружного слоя и внутреннего будет стремиться к минимальной. Если не хватает одного слоя теплоизоляции, добавляют следующий слой.
Уход за бетоном предусматривает знание температуры. Каким же образом узнать температуру бетона? Необходимо предусмотреть измерение температуры в процессе твердения бетона в конструкции.
Для измерения температуры бетона используются различные приборы: технические термометры, термопары, электронные приборы. Температура в первые сутки после заливки бетонной смеси измеряется каждый час, но не реже, чем каждые два часа. Последующие сутки измерение производится раз за 8 часов. Эти температуры обязательно записываются, и как только они выходят за пределы допустимого, применяются меры для того, чтобы эту температуру сбить.
Для того, чтобы померять температуру внутри конструкции при бетонировании вставляются специальные отверстие-образователи (полимерные трубочки), в которые затем можно опустить термометр и термопар.
Отверстие-образователь — это полимерные трубочки, в которые можно опустить термометр для замера температуры бетона
Обычно измерение температуры производится в нескольких местах конструкции, но не реже, чем на 8 метрах поверхности. То есть, каждые 8 метров конструкции обязательно должны делать отверстия для измерения температуры.
Если говорить про зимнее время бетонирования, то там главная задача – обеспечить твердение бетона до приобретения критической прочности. Это та прочность, при которой влияние низких температур не будет носить отрицательный характер. Как правило, критическая прочность достигается в течении 3-7 суток. В этот период необходимо обеспечить бетону условия, при которых он твердеет, то есть, обеспечить нужную температуру твердения. А эта температура не ниже +5°С.
При отрицательной температуре наружного воздуха требуется прогрев конструкции. В некоторых случаях обходятся без прогрева, используя внутреннее тепло гидратации цемента. И здесь условия для лета и зимы разнятся. Летом процесс гидратации опасен для бетона, а зимой – играет на руку строителям, поскольку внутреннее тепло можно сохранить, использую термоосмас (наподобие термоса). Благодаря этому конструкция подогревается.