Прочность в начале формирования структуры весьма незначительна и поэтому она не имеет существенного значения для технологии строи­тель­ных процессов. На этом этапе о физических изменениях в смесях судят по пластической прочности, замеряемой пластометром. Прочность же при сжатии приобретает полезный для организации технологии смысл через одни – двое суток. Становится важным знание кинетики нарастания проч­ности до 28-суточного возраста, когда она сравнивается с марочной. На­глядно рост прочности представляется на графиках для данной марки рас­твора или бетона. Графики (рисунок) строят по результатам испытания на сжа­тие образцов, которые все время, от закладки до испытания (от 2 до 28 су­ток), содержат в стандартных условиях окружающей среды (температура +18…22 °С и влажность не менее 90 %). Эти условия близки к обычным летним (кривая a). При повышении температуры интенсивность нараста­ния прочности увеличивается и марочная прочность (100 %) достигается раньше чем через 28 суток (кривые б, в). При понижении температуры интенсивность нарастания прочности уменьшается, а марочная прочность за 28 суток не достигается (кривые г, д, е). При температуре ниже 0 °С схватывание и рост прочности прекращается, т.к. вода в смеси замерзает, т.е. переходит в твердую фазу, и процесс гидратации цементных зерен при­останавливается.

Нарастание прочности бетона класса В-15 в зависимости от температуры выдерживания

Наиболее интенсивно прочность цементных композиций увеличи­ва­ет­ся в первые 7 суток. Ориентировочно их средняя относительная прочность в процентах в возрасте 3-х суток составляет 0,25 от марочной 28-суточной проч­ности, в возрасте 7 суток – 0,5; 14 суток – 0,75 (кривая а).

Для того чтобы иметь представление о кинетике нарастания проч­ности в бетонных, каменных и иных конструкциях, что позволяет своевременно и качественно выполнять те или иные строительные процессы, мастер на стройке обязан заносить в журнал работ данные о температуре наружного воздуха или температуру, измеренную внутри конструкции. Темпе­ра­тур­ный журнал, при посредстве графиков или таблиц  нарастания прочности бетона и раствора позволяет определить и возможность рас­па­лубливания конструкции, и момент отключения искусственного прогрева бетона или кладки зимой, и возможность производства дальнейшей кир­пичной кладки в верхних этажах здания и т.п.

НАРАСТАНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА И РАСТВОРА

Таблица 1. Нарастание прочности бетона на портландцементе марок 400 и 500 (в % к марочной прочности)

Таблица 2. Нарастание прочности раствора (в % к марочной прочности)

Примечания:

1. При применении растворов, изготовленных на шлакопортландцементе и пуц­цолановом портландцементе, следует учитывать замедление нарастания их прочности при температуре твер­дения ниже 15 °С. Величина относительной прочности этих растворов опре­де­ля­ется умножением значений, приведенных в табл. 2, на коэффициенты: 0,3 – при тем­пе­ратуре твердения 0 °С; 0,7 – при температуре 5 °С; 0,9 – при температуре 0 °С; 1 – при 15 °С и выше.

2. Для промежуточных значений температуры твердения и возраста раствора прочность его определяется интерполяцией.

Далее мы рассмотрим ряд примеров, где будет показана прямая связь раз­личных технологических процессов с кинетикой схватывания и нарас­та­ния прочности в строительных растворах и бетонных смесях.

При проектировании опалубки и всего процесса бетонирования учи­ты­вают схватывание и твердение бетона по мере укладки бетонной смеси. При схватывании бетона сила его воздействия на боковые поверхности опа­лубки ослабевает. Это особенно важно при бетонировании высоких кон­струкций. Давление бетонной смеси на стенки опалубки как тяжелой жид­кости учитывают лишь на высоту заполнения опалубки в течение двух смен подряд. Ускорение темпа заполнения опалубки бетонной сме­сью мо­жет привести к перегрузке ее конструкций и разрушению.

Смесь в опалубку укладывают горизонтальными слоями одинаковой тол­щины, уплотняя ее вибраторами. При этом направление укладки в смеж­­ных слоях не меняют. Очевидно, верхний,  или соседние слои можно виб­рировать, если в нижнем или соседствующих слоях смесь не начала схва­­тываться, т.е. по прошествии не более 3-х часов с момента её при­го­товления. Если же схватывание произошло, т.е. процесс  структуро­обра­зо­вания начался, то новые порции смеси можно укладывать только пос­ле окончания формирования в ранее уложенных слоях структуры бе­то­на и приобретения им прочности, способной выдержать воздействие виб­ратора (около 2 МПа). Это, примерно, через двое суток твердения в летних условиях для бетона класса В 12,5–15.

Если же требуется бетонировать конструкцию, например перекрытие, без таких длинных перерывов в 2-3 дня, то следует сделать разрыв в ней шириной 0,4–0,5 м, установив временную опалубку. Разрывы бетонируют не ранее чем через 2–3 дня. По этим же причинам полы и подготовки под них бетонируют полосами через одну, а через 2–3 дня – пропущенные. Такие технологические перерывы в бетонировании конструкции приводят к образованию в ней рабочих швов. Рабочие швы снижают несущую спо­собность бетонной конструкции. Поэтому в ответственных конструкциях, например работающих в сейсмических условиях, устройство рабочих швов не допускается. В этом случае применяют способ непрерывного бе­то­нирования. В ряде несущих конструкций (колонны, балки, плиты и др.) допускают устройство рабочих швов, но в местах, где значение попе­реч­ной силы (по эпюрам изгибающих моментов и поперечных сил) мини­мально. Так, в плитах и балках перекрытий рабочие швы делают в преде­лах средней трети пролета. Это объясняется тем, что воздействие попе­реч­ных сил в железобетонных конструкциях воспринимает бетон, а изгибаю­щих моментов – арматура.

Для исключения дефектов, возникающих в результате усадки бетона, при бетонировании стен, перегородок и колонн смесь укладывают участ­ками по высоте (ярусами): для стен и перегородок не более 3м, а при их толщине менее 15 см–2 м; для колонн принимают высоту участков по5 м, а в колонне с перекрещивающимися хомутами или с наименьшей сто­ро­ной до 0,4 мвысота участка должна быть не более2 м. После бетонирования участ­ка делают перерыв не менее 40 минут и не более 2 ч (до начала схваты­вания уложенной смеси), а затем продолжают бетонирование. Это по­зволяет значительно уменьшить вредное воздействие усадки в высоких ко­лоннах, которая достигает 2 мм на 1 мвысоты.

Для расширения рынка модифицирующих добавок для сухих строительных смесей  на основе минеральных вяжущих исследовалась возможность получения добавки на основе синтезированных алюмосиликатов. Технология синтеза заключалась в осаждении алюмосиликатов из натриевого жидкого стекла сульфатом алюминия Al₂(SO₄)₃ [4,5]. Добавка представляет собой порошок светлосерого цвета.  Удельная поверхность порошка, определенная методом БЭТ, составляет S_уд = 86.5 ± 3.5 м²/г.

Микроструктура полученной добавки была изучена с помощью электронного микроскопа при увеличении в 20 000 раз (рис.1). Установлено, что структура добавки представлена, в основном, частицами, размер которых составляет 2,25-8,1нм.

 Рисунок 1 Микроструктура синтезированных алюмосиликатов х20000.

Анализ химического состава добавки выявил высокое содержание химических элементов О, Si и Na, составляющее  соответственно 46,47-61,58%, 20,78-39,60% и 5,54-16,52%, что  свидетельствует о преобладании оксидов соответствующих элементов.

Для идентификации продуктов синтеза использовался полнопрофильный метод количественного рентгенофазового анализа с применением программы DDMver. 1.95c. Установлено, что концентрация аморфной фазы составляет 77,5%, кристаллическая фаза представлена тенардитом – ромбической модификацией сульфата натрия Na₂SO₄   и гиббситом [6]..

Анализ гранулометрического состава, выполненный с помощью автоматического лазерного дифрактометра FritschParticleSizerAnalysette 22, показывает, что менее 0,01 % составляют частицы размером 0,010–0,500 мкм, содержание частиц размером 100,000–200,000 мкм составляет 0,44 %. Менее 5 % составляют частицы диаметром 3,226 мкм, менее 15 % – частицы диаметром 6,985 мкм 

Для оценки сорбционных свойств  добавки определялось сорбционное увлажнение. При изучении кинетики сорбции влаги образцы проходили предварительную сушку в сушильном шкафу при температуре t=110⁰С до постоянной массы,  помещались в эксикаторы с различной относительной влажностью воздуха  φ = 18-97% и постоянной температурой t = 20 + 2^оС. На основании полученных данных были построены изотермы сорбции и десорбции   (рисунок 2).

Результаты экспериментальных данных показали, что с увеличением относительной влажности воздуха закономерно возрастает сорбционная влажность, при этом процесс насыщения образцов влагой и влагоотдача описывается S-образными изотермами сорбции и десорбции, характерными для капиллярно-пористых материалов, хорошо смачиваемых водой. Сорбция влаги в интервале значений относительной влажности воздуха до 18% подчиняется закону Генри, т.е. зависимость сорбционного увлажнения от величины относительной влажности воздуха близка к линейной:

W=k(φ) (1)

Рисунок 2. Изотермы сорбции и десорбции для синтезированных алюмосиликатов

1-изотерма сорбции; 2-изотерма десорбции.

При повышении относительной влажности воздуха до 40% влагосодержание в образцах увеличивается в соответствии с уравнением Фрейндлиха [7]. Выпуклая часть изотерм (φ = 60-80%) указывает на присутствие внутри исследуемых образцов только адсорбированной влаги, состоящей из одного слоя молекул водяного пара. Повышение относительной влажности воздуха до 90% приводит к образованию на внутренней поверхности материала пленок адсорбированной влаги, состоящих из многих слоев молекул. Начиная с 80%-ной влажности происходит резкое возрастание сорбционного увлажнения, что свидетельствует о протекании процесса капиллярной конденсации [8].

Изотермы сорбции и десорбции совпадают только при очень малых и очень больших значениях относительной влажности воздуха, при других значениях – не совпадают. Изотермы сорбции располагаются ниже, чем изотермы десорбции и равновесное влагосодержание при одинаковом значении относительной влажности воздуха при десорбции влаги меньше, чем при сорбции влаги.

Синтезируемые алюмосиликаты предложено применять при изготовлении известкового композиционного вяжущего. Композиционное известковое с применением синтезированных алюмосиликатов характеризуется более быстрым отверждением по сравнению с чисто известковым вяжущим. Так, пластическая прочность теста прочность в возрасте 10 часов с момента затворения на основе композиционного  вяжущего составляет t =0,024  МПа,а на основе чисто известкового вяжущего t=0,0012 МПа.

Предлагается применять такое вяжущее при изготовлении сухих строительных смесей, предназначенных для реставрации зданий исторической застройки, а также отделки вновь возводимых объектов.

Известковые составы на основе композиционного вяжущего характеризуются хорошей удобоукладываемостью, отсутствием трещинообразования. Время высыхания до степени 5 составляет 15-20 минут, прочность сцепления с растворной подложкой -0,6-1,2МПа.