"Исследование факторов, влияющих на скорость схватывания бетона и его прочность при строительных работах"

XVIII Республиканский научный конкурс молодых исследователей

 «Шаг в будущее Осетии»

                                                   Направление          строительство, физика

Название работы

Исследование факторов, влияющих на скорость  схватывания бетона и его прочность при строительных работах

Автор работы                                             Чехов Павел,  

                                                                      ЦДТТ,  г. Беслан,

                                                                      обучающийся гр. №  4,  ПУ № 8

Научный руководитель                       педагог дополнительного образования

                                                                   ЦДТТ, г. Беслан

                                                                  учитель физики МКОУ СОШ                            

                                                                                    с. Новый Батако Кудухова Н. В.

г. Беслан 2016г.

Содержание

       Введение                                                                                          3

1. Факторы, влияющие на укладку бетона                                    3 - 7

1. Сезонность                                                                                    3 - 4
2. Трамбовка                                                                                     4
3. Состав раствора                                                                            5
4. Условия сушки                                                                             5
5. Добавки                                                                                         5 - 6
6. Снижение испарения                                                                   6
7. Выбор марки цемента                                                                  6 - 7

1. Приготовление бетонной смеси                                                 7 - 10
2. Полимеризация бетона                                                                10 - 12  

1. Схватывание                                                                                11                                                                      
2. Отвердевание                                                                               11 - 12

4.   Исследование динамики прочности бетона                                  12 - 14

4.1. Относительная прочность бетона (практическая часть)             14

Заключение                                                                                             15

Библиографический список                                                                  16

Введение

        Одной из основных задач, решаемых при разработке проекта организации строительства, является снижение себестоимости строительных работ при одновременном обеспечении их требуемого качества. Одним из основных условий достижения поставленной цели является проведения работ в благоприятных погодно - климатических условиях. Поэтому все строительные работы разделены на группы в зависимости от температуры воздуха, благоприятной для проведения данного вида работ. Проведение работ в других температурных условиях связано с дополнительными затратами или вынужденными простоями. Например, проведение работ при отрицательных температурах требует дополнительных затрат на подогрев материалов (цементобетонные смеси), использования машин больших мощностей (разработка мерзлых грунтов) и т.п.

Цель работы: исследовать факторы, влияющие на скорость схватывания бетона и его прочность при  строительных работах.

Задачи: 1. Изучить литературу, получить консультации специалистов.

1. Провести исследования при заливке бетона.
2. Сравнить полученные данные с известными результатами.

Актуальность работы заключается в том, что качественное строительство – залог прочности зданий.  

2. Факторы, влияющие на укладку бетона

Перед началом строительных работ необходимо взять во внимание все факторы, способные так или иначе оказать влияние на качество заливки и время высыхания бетона.

1. Сезонность

Конечно же, основное воздействие на процесс высыхания цементного раствора оказывает окружающая среда. В зависимости от температуры и атмосферной влажности период для схватывания и полноценной сушки может ограничиться парой суток в летнее время (но прочность будет невысокой),  либо конструкция будет удерживать большое количество воды более 30 дней в период холодов.

Об упрочнении бетона при нормальных температурных условиях лучше расскажет специальная таблица, в которой указано, сколько времени потребуется для достижения максимального эффекта.

2. Трамбовка

Также многое зависит и от плотности укладки строительной смеси. Естественно, чем она выше, тем медленнее уходит влага из структуры и тем лучше будут показатели гидратации цемента. В промышленном строительстве эту проблему решают при помощи виброобработки, а в домашних условиях обычно обходятся штыкованием.

3. Состав

Наличие разнообразных компонентов в строительной смеси также влияет на процесс схватывания. Чем больше в составе раствора пористых материалов (керамзит, шлак), тем медленнее будет происходить обезвоживание конструкции. В случае с песком или гравием, наоборот, жидкость быстрее выйдет из раствора. [2]

Чтобы замедлить испарение влаги из бетона (особенно в условиях высокой температуры) и улучшить его прочность, прибегают к использованию специальных добавок (бетонит, мыльный состав). Это несколько отразится на стоимости массы для заливки, но избавит от преждевременного пересыхания.

4. Обеспечение условий сушки

Чтобы влага дольше оставалась в растворной смеси, можно уложить гидроизоляционный материал на опалубку. Если формовочный каркас состоит из пластика, дополнительная гидроизоляция не требуется. Демонтаж опалубки проводят через 8 – 10 дней - этого времени застывания достаточно, дальше бетон может сохнуть без опалубки.

5. Добавки

Также можно удержать влагу в толще бетонного пола путем введения в строительную смесь модификаторов. Чтобы можно было ходить по залитой поверхности как можно скорее, придется добавлять к раствору специальные компоненты для быстрого затвердевания.

6. Снижение испарения

Сразу после схватывания бетонную поверхность укрывают полиэтиленом, чем существенно снижают испарение влаги в первые дни после монтажа конструкции. Раз в три дня пленку убирают и проверяют наличие пыли и трещин, поливая пол водой.

На двадцатые сутки полиэтилен убирают и дают стяжке окончательно высохнуть в обычном режиме. Через 28 – 30 дней можно не только ходить по фундаменту, но и нагружать его строительными конструкциями.

7. Выбор марки цемента

       Мы сможем избежать ошибок и сохранить крепость строительного элемента, если правильно подойдем к выбору марки цемента. Более подробную информацию о показателях прочности бетона  по маркам цемента содержит следующая таблица.

2. Приготовление бетонной смеси

        Бетонную смесь приготовляют на механизированном или автоматизированном бетонном заводе и в готовом виде доставляют на строительство. При потребности в бетонной смеси до 3 тыс. м3 в месяц на строительной площадке может быть на эстакаде смонтирована временная бетоносмесительная установка таким образом, чтобы осуществлять выгрузку бетонной смеси в транспортные средства.

        Приготовление бетонной смеси состоит из операций по приему и складированию составляющих материалов (цемента и заполнителей), дозирования и перемешивания их и выдачи готовой бетонной смеси на транспортные средства. В зимних условиях в данный технологический цикл включаются дополнительные операции. При приготовлении бетонной смеси для бетонирования конструкций в условиях отрицательных температур необходимо подогревать воду и заполнители; при применении бетонов с добавками (противоморозными, пластифицирующими, парообразующими и др.) следует предварительно изготовить водный раствор этих добавок.

        Бетонную смесь приготовляют по законченной или расчлененной технологии. При законченной технологии в качестве продукции получают готовую бетонную смесь, при расчлененной – отдозированные  составляющие или сухую бетонную смесь.

       Основными техническими средствами для приготовления бетонной смеси являются расходные бункера с распределительными устройствами, дозаторы, бетоносмесители, системы внутренних транспортных средств и коммуникаций, раздаточный бункер.

      При обосновании создания бетоносмесительной установки на строительной площадке должны быть оборудованы склады песка, щебня, цемента, предусмотрена возможность подогрева составляющих и добавки пластификаторов. Бетонные заводы обычно выпускают продукцию двух видов – отдозированные составляющие и готовую бетонную смесь, в основном для автобетоносмесителей.

       Дозирование составляющих материалов должно производиться по массе. Точность дозирования цемента, активных добавок и воды должно быть не ниже 1% при приготовлении смеси на заводах и не ниже 3% – на бетоносмесительных установках, для заполнителей – соответственно на 2 и 3%. Допускается на мелких бетономешалках осуществлять дозировку цемента по массе, а заполнителей по объему с учетом их влажности. Проверка подвижности бетонной смеси на месте приготовления должна производиться не реже двух раз в смену при условии постоянной влажности заполнителей. Заполнители для бетона применяются фракционированными и чистыми. Запрещается применять природную смесь песка и гравия без рассеивания на фракции.

       Порядок загрузки компонентов, продолжительность перемешивания бетонной смеси должны быть установлены для конкретных материалов и применяемого оборудования путем оценки подвижности, однородности и прочности бетона в конкретном замесе.

Загрузку смесителя цикличного действия можно осуществлять в следующей последовательности. Сначала в смеситель подают 15...20% требуемого на замес количества воды, затем одновременно начинают загружать цемент и заполнители, не прекращая подачи воды до требуемого количества. Цемент поступает в смеситель между порциями заполнителя, благодаря чему устраняется его распыление. Продолжительность перемешивания бетонной смеси зависит от емкости барабана смесителя и необходимой подвижности бетонной смеси и находится в пределах от 45 до 240 с.

      Проверку прочности бетона осуществляют контрольными кубиками с ребрами 10, 15, 20 и 30 см. Для немассивных конструкций раздавливают кубики и проверяют прочность бетона через 28 суток, для массивов – в возрасте 60, 90 и 120 дней.

Для подбора состава бетонной смеси в зависимости от требуемой подвижности и водоцементного отношения созданы таблицы состава смеси.

Пример подбора состава бетонной смеси на 1 м3 бетона 

Коэффициент выхода – отношение объема бетонной смеси к объемам сухих материалов, обычно в пределах от 0,58 до 0,72. [1]

 Или следующая таблица, данные которой я использовал при работе приготовления бетонной смеси.

В таблице за единицу принята масса цемента.

Все большее применение находит сухая строительная смесь (ССС) – смесь вяжущего, заполнителя, добавок, пигментов, отдозированных и перемешанных на заводе, и затворяемая водой перед употреблением. Точное дозирование компонентов позволяет получать более высокие технические характеристики готовой продукции по сравнению со смесями, приготовляемыми на строительной площадке. Важным достоинством сухих смесей является возможность целенаправленного добавления в них химических добавок и микронаполнителей, как улучшающих их структуру, так и подготовленных для применения в холодное время года.

        Морозостойкие бетонные смеси разработаны специально для производства работ в зимнее время. Такие смеси имеют в составе специальные добавки, позволяющие свежеуложенному бетону продолжать набирать прочность при понижении температуры до –15 º С.

3.Полимеризация бетона

Этот сложный многоэтапный процесс, связанный с набором прочности и высыханием, поддается корректировке, но для этого необходимо понимать, что он собой представляет.

Этап затвердевания бетона и других строительных смесей, основой которых является цемент, начинается со схватывания. Раствор и вода в опалубке вступают в реакцию, и это дает толчок приобретению структуры и прочностных качеств.

3.1.Схватывание

Время, необходимое для схватывания, будет напрямую зависеть от различных влияний. К примеру, показатель атмосферной температуры равен 20 °C, а фундамент сформирован с применением цемента М200. В таком случае затвердение начнется не ранее, чем через 2 часа и продлится почти столько же.

3.2.Отвердевание

После фазы схватывания стяжка начинает затвердевать. На данном этапе основная доля гранул цемента и вода в растворе начинают взаимодействовать (происходит реакция цементной гидратации). Наиболее оптимально процесс проходит при атмосферной влажности в 75% и температуре воздуха от +15 до +20 °С.

Если температура не поднялась до +10 градусов, очень велика вероятность того, что бетон не наберет проектной прочности. Именно поэтому в условиях зимы и проведении работ на улице раствор компонуется специальными антиморозными добавками. [2]

4. Исследование динамики прочности бетона

Структурная прочность пола или любой другой конструкции и время на отвердевание цементного раствора находятся в прямой зависимости. Если вода из бетона уйдет быстрее, чем это необходимо для схватывания и цемент не успеет вступить в реакцию, то через определенный период после высыхания мы столкнемся с неплотными сегментами, влекущими за собой трещины и деформацию стяжки.

Согласно технологическим правилам, бетонный фундамент сохнет не менее 25 – 28 суток. Однако для конструкций, не выполняющих повышенные несущие функции, этот период разрешено сократить до пяти дней, после которых по ним можно ходить без опасения.

Рассмотрим диаграмму зависимости прочности бетона  от продолжительности выдерживания в сутках при определенной температуре:

  [2]

     Можно сделать вывод: чем выше температура сушки бетона, тем меньше времени необходимо для получения нужной прочности.

В следующей таблице показана зависимость прочности бетона от времени при более низких температурах (00 С, -50 С, -100 С):

          [2]

   Вывод: при низких температурах увеличивается время достижения нужной прочности, а при отрицательной температуре – прочность не достигает проектной.

Рассмотрим диаграмму, на которой отражена зависимость прочности от марки бетона при равных других условиях.

 [3]

Вывод: если брать отношение цемент : песок  - 1:1, то получаем самую высокую прочность при любой продолжительности сушки.

4.1.Относительная прочность бетона в различные сроки твердения при различных температурах     (за единицу принята прочность 28-дневного бетона твердеющего при 150 С)

Таблица 1

Я определил относительную прочность в различные сроки твердения при различных температурах (таблицы 1 и 2).

Таблица 2

 Заключение

В работе я  определил зависимость время схватывания смеси от внешних факторов, узнал, сколько времени застывает бетон при различных условиях. Также попробовал разобраться в сопутствующих операциях и их влиянии на правильную сушку.

Из проведенных исследований я сделал выводы:

1. существует несколько факторов, от которых зависят качественные показатели заливки бетона:

• температура воздуха;
• атмосферная влажность;
• марка цемента;
• соблюдение технологии монтажа;
• уход за стяжкой в период высыхания

2. чем выше температура сушки бетона, тем меньше времени необходимо для получения нужной прочности;
3. при низких температурах увеличивается время достижения нужной       прочности, а при отрицательной температуре – прочность не достигает проектной;
4. если брать отношение цемент : песок  - 1:1, то получаем самую высокую прочность при любой продолжительности сушки.

    Зная, сколько времени уйдет на полноценное высыхание бетонной заливки, и как правильно организовать столь ответственный процесс, мы сможем избежать ошибок и сохранить крепость строительного элемента. А качество – залог любого успеха.

Библиографический список

1. http://mirznanii.com/info/a217209_tekhnologiya-betonnykh-rabot 
2. http://tehno-beton.ru/beton/vidy/skolko-soxnet.html 
3.  https://yandex.ru/images/search?img