Набор прочности бетона с течением времени — один из ключевых параметров, определяющих пригодность конструкции к дальнейшей эксплуатации и нагрузкам. Знание того, как изменяется прочность цементного камня и бетона за первые дни, недели и месяцы после заливки, позволяет оптимизировать сроки монтажа, расчёт опалубки и график строительных работ. В этой обширной статье рассмотрим:
- Физические механизмы развития прочности.
- Основные факторы, влияющие на скорость набора прочности.
- Типовые кривые прочности по суткам.
- Методы контроля прочности.
- Нормативные требования в СНиП и ГОСТ.
- Модели зрелости бетона.
- Практические рекомендации по уходу за бетоном.
- Пример численного расчёта.
Физические основы развития прочности
Прочность бетона зависит от процесса гидратации цемента — химической реакции между клинкерными минералами и водой, в результате которой образуются продукты гидратации (C–S–H-гель, кристаллы гидроксида кальция и др.).
- Начальные сутки (0–1 сут.): преобладает первичная гидратация с быстрым набором прочности (до 10–20 % от 28-суточной).
- Ранний возраст (1–7 сут.): активная гидратация, образуется основная масса C–S–H, прочность достигает 60–70 % проектного (28-дневного) значения.
- Средний возраст (7–28 сут.): замедленная гидратация, структура уплотняется, прочность приближается к 90–100 %.
- Длительный возраст (28–90+ сут.): гидратация продолжается, но темп снижается; прирост прочности заметен, но не критичен для конструкции.
Основные факторы, влияющие на скорость набора прочности
🟢Цемент и его активность
Марка цемента (ПЦ 400/500/550): чем выше класс, тем выше скорость гидратации и ранний набор прочности.
Минеральные добавки (зола-унос, шлак, микрокремнезём) замедляют или ускоряют гидратацию в зависимости от химического состава.
🟢Водоцементное соотношение (W/C)
При W/C ≤ 0,4–0,45 достигается высокая прочность, но усложняется укладка.
Более высокий W/C (0,5–0,6) — более удобная смесь, но замедленный набор прочности и снижение конечной прочности.
🟢Температурный режим твердения
Оптимальная температура +20…+25 °C.
При +5…+10 °C гидратация замедляется, при температурах ниже 0 °C требуется противоморозная защита.
Нагрев раствора (прогрев бетона паром или электрообогрев) ускоряет набор прочности.
🟢Уход за бетоном (влажность)
Поддержание влажности поверхности (полив, укрытие плёнкой) критично первые 7 суток: предотвращает высыхание и нарушение гидратации.
🟢Добавки и суперпластификаторы
Повышают заполняемость смеси при низком W/C и могут ускорять раннюю прочность.
🟢Заполнитель и его свойства
Активность и форма зерен: пористые заполнители (керамзит) могут замедлять ранний набор, но увеличивать позднюю прочность за счёт внутреннего увлажнения.
Типовые кривые набора прочности
Ниже приведена усреднённая табличная зависимость отношения прочности в сутки к 28-суточной (Rₙ/R₂₈) для класса бетона B25 при нормальных условиях (+20 °C, влажность ≥ 95 %):
| Возраст бетона | 1 сут. | 3 сут. | 7 сут. | 14 сут. | 28 сут. | 90 сут. |
|---|---|---|---|---|---|---|
| % от R₂₈ | 12 % | 35 % | 65 % | 85 % | 100 % | 110–115 % |
Примечание: конкретные значения зависят от марки цемента, W/C и условий твердения.
Методы контроля прочности
🟢Разрушение образцов в лаборатории
Стандартные кубики 100×100×100 мм или цилиндры Ø150×300 мм испытываются на сжатие через заданное число суток (ГОСТ 10180).
🟢Непроникающие методы на объекте
Отскоковый (молоток Шмидта): даёт относительную оценку прочности на поверхности.
Ультразвуковой импульсный метод: скорость ультразвука коррелирует с прочностью.
🟢Модель зрелости по Меттуру–Графу
Определяет суммарную тепловую «зрелость» бетона, учитывая время и температуру твердения:
- По заранее откалиброванной кривой «модель зрелости ↔ прочность» можно непрерывно оценивать прочность.
Нормативные требования и критерии приёмки
ГОСТ 10180-2012 «Методы определения прочности бетона».
СНиП II-22-81 / СП 63.13330.2018* «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливают сроки демонтажа опалубки и начала эксплуатации при различных классах бетона и условиях твердения.
Типовые требования:
Опалубку стен и колонн снимают при прочности ≥ 70 % от расчётной (обычно через 7–10 сут.).
Приёмная прочность для нагрузок по перекрытиям — не менее 45 % (обычно через 3 сут.).
До полной проектной прочности (100 %) конструкция считается недостаточно «созревшей» для максимальных нагрузок.
Практические рекомендации по уходу и ускорению набора прочности
🟢Удержание влаги
Ежедневное опрыскивание поверхности или укрытие влагонепроницаемыми плёнками.
🟢Термоматы и электрообогрев
При температуре воздуха < 5 °C рекомендуется организовать прогрев, чтобы избежать замедления гидратации.
🟢Использование ранних добавок
Хлорид-кальциевые и другие ускорители гидратации дают +20–30 % прочности на 1–3 сут.
Суперпластификаторы позволяют снизить W/C и одновременно сохранить удобоукладываемость, что ускоряет набор прочности.
🟢Избегать чрезмерных колебаний температуры и вибрации
Резкий нагрев/охлаждение приводит к растрескиванию и снижению прочности.
✅Пример численного расчёта набора прочности✅
Исходные данные: бетон класса B30 (R₂₈ = 30 МПа), W/C = 0,45, стандартное твердение.
- Через 1 сут.: R₁ ≈ 0,12·30 ≈ 3,6 МПа
- Через 3 сут.: R₃ ≈ 0,35·30 ≈ 10,5 МПа
- Через 7 сут.: R₇ ≈ 0,65·30 ≈ 19,5 МПа
- Через 14 сут.: R₁₄ ≈ 0,85·30 ≈ 25,5 МПа
Для демонтажа опалубки колонн (требуется ≥ 70 %):
🟢0,7×30=21МПа⟹R7=19,5<21⇒опалубку снять не раньше 10–12 сут.🟢
Понимание динамики набора прочности бетона по суткам позволяет грамотно планировать строительные операции, обеспечивать безопасность и экономическую эффективность проекта. Контроль условий твёрдения, применение современных добавок и моделей зрелости дают возможность ускорять срок достижения критических прочностных показателей без потери качества и долговечности конструкций.
