Секреты зимнего бетонирования

Оптимальным временем для проведения бетонных работ считают осень: летняя жара отступила, а заморозки еще не начались.

Почему нежелательно бетонировать при низких или высоких температурах? Как произвести заливку бетона зимой? Ответ кроется в знании процессов, протекающих в бетонном растворе.

Как происходит твердение бетона

Бетон — это твердый и прочный строительный материал, но изготавливают его на основе порошкового вяжущего материала — цемента. При замесе в раствор добавляют песок, песчано-гравийную смесь, гравий или щебень, но все эти компоненты — наполнители. Суть образования твердого бетонного камня — в реакциях, которые запускаются при смешивании цемента с водой.

Метод получения и состав цемента

Цемент получают, смалывая клинкер с добавлением 5 % гипса или других форм сульфата кальция. Клинкер, в свою очередь, — это обожженная при высокой температуре смесь известняка и глины. При обжиге смесь частично оплавляется с образованием гранул клинкера.

Важно!

Процесс описан довольно упрощенно. Цементы классифицируются в зависимости от вида клинкера, который может быть:

1. портландцементным;
2. глиноземистым;
3. смесью портландцементного и сульфоалюминатного либо сульфоферритного.

В состав цемента входят следующие соединения:

1. трехкальциевый силикат (алит) — 50–70 %;
2. двухкальциевый силикат (белит) — 15–30 %;
3. трехкальциевый алюминат — 5–10 %;
4. четырехкальциевый алюмоферрит — 5–15 %.

Цемент является веществом водного твердения, добавленный при помоле гипс — вещество воздушного твердения.

Как твердеет бетон

При смешивании цемента с водой начинаются реакции гидратации:

1. Алит быстро вовлекается в реакцию с получением твердых кристаллических соединений. Он играет главную роль в твердении бетона в первые 4 недели.
2. Белит вступает в реакцию медленнее. Это соединение отвечает за рост прочности по истечении 28 дней.
3. Алюминатная фаза реагирует очень быстро, поэтому, чтобы не допустить чрезмерно быстрого схватывания, добавляют гипс.
4. Ферритная фаза также реагирует довольно быстро.

В результате реакций гидратации, протекающих при смешивании цемента с водой, образуются новые соединения — кристаллы твердого бетонного камня.

Таким образом, становится понятно, что ключевой момент для образования твердого строительного материала — возможность беспрепятственного протекания реакций гидратации с максимальным вовлечением в них компонентов цемента.

Оптимальные условия твердения бетона

Наилучшим образом процессы гидратации протекают при температуре воздуха 18–20 °С и высокой влажности.

Как только температура окружающего воздуха снижается, реакции гидратации начинают замедляться, и этот процесс прямо пропорционален похолоданию. При температуре –5 °С реакции идут совсем медленно, а при 0 °С прекращаются.

При слишком высоких температурах бетон твердеет очень быстро, что не на пользу его прочности.

Почему прекращаются реакции гидратации при 0 °С

Как известно, при температуре 0 °С и ниже вода замерзает.

Составляющие цемента реагируют с водой с разной скоростью. В целом расчетная прочность бетона достигается на 28-е сутки, поэтому, если раствор будет охлажден до температуры 0 °С и ниже, вода, которая еще не включилась в реакцию, замерзнет.

При замерзании вода расширяется и в бетоне нарастает внутреннее давление.

Эти процессы приводят к двум основным негативным последствиям:

1. из-за прекращения реакции прочность бетона не достигает расчетных значений;
2. из-за образования льда в бетоне появляются трещины, которые тоже снижают его прочность.

Почему бетонируют зимой

Учитывая, что для достижения расчетной прочности бетону необходимо обеспечить круглосуточную температуру воздуха не ниже +5 °С в течение четырех недель, становится очевидно, что в большинстве районов нашей страны такие условия возможны лишь в сентябре и октябре.

Но строительные работы невозможно вести 2 месяца в году. Кроме того, есть и другие причины не откладывать бетонирование до лучших времен:

1. зимние скидки на цемент;
2. снижение стоимости работ зимой;
3. работы на слабых и хрупких грунтах, невозможные в теплое время года.

Поэтому разработаны мероприятия, позволяющие работать с бетоном при отрицательных температурах.

Заливка бетона при минусовой температуре: секреты технологии зимнего бетонирования

При реализации зимнего бетонирования важно обеспечить следующие условия:

1. предотвратить замерзание бетонной смеси, готовой к применению, во время транспортировки, укладки и уплотнения;
2. предотвратить замерзание уложенной бетонной смеси до достижения критической прочности;
3. обеспечить оптимальный температурно-влажностный режим при твердении бетона (если не реализуется так называемый холодный бетон).

Для предотвращения замерзания готовой смеси в период перевозки, укладки, уплотнения бетон замешивают из прогретых материалов.

Прогревают заполнители, подогревают воду вплоть до температуры 70 °С (но не выше). Цемент не прогревают, чтобы он не заварился.

Температура готовой смеси рассчитывается так, чтобы она не успела чрезмерно остыть в процессе транспортирования и укладки. Это зависит от объемов смеси, от ее начальной температуры и от температуры окружающего воздуха, а также от длительности транспортировки и укладки.

Не рекомендуется транспортирование бетонной смеси, готовой к работе, дольше 4 часов. На момент укладки ее температура должна быть не ниже +5 °С.

Прогревают также опалубку и арматуру (теплым воздухом) до достижения температуры не ниже +5 °С.

Применяют также горячие бетонные смеси, если есть возможность быстро доставить их на стройку (при долгой транспортировке может загустеть и остыть).

Бетон холодный или теплый? Вам какой?

Специалисты различают два вида зимнего бетона: холодный и теплый.

Теплый бетон

Теплый бетон твердеет с использованием прогревающих или утепляющих мероприятий. Выбор метода зависит от типа и массивности конструкций, наличия арматуры, состава смеси, наличия того или иного оборудования, экономической целесообразности мероприятий.

Эти мероприятия проводятся с целью не допустить снижение температуры бетонной смеси ниже +5 °С до достижения критической прочности бетона.

Важно!

Критической прочностью называется такая прочность бетона, после достижения которой низкие температуры уже не оказывают негативного воздействия на процессы твердения. Обычно она составляет 30–50 % (до 70 % — это указывается в проектной документации) от проектной прочности. При обеспечении оптимальных условий критическая прочность набирается в течение 4–7 дней.

Твердение теплого бетона осуществляется под постоянным контролем температуры, чтобы не допустить как охлаждения, так и перегрева.

Чтобы контролировать температуру бетонной смеси во время твердения теплого бетона, в заливку вставляют специальные трубочки на расстоянии не более 8 метров друг от друга, чтобы можно было опустить термометр и измерить температуру смеси на глубине.

Меры по обогреву бетона:

1. метод термоса (термоосмос);
2. устройство тепляков;
3. прогрев.

Метод термоса

Реакции гидратации являются по своей природе экзогенными, то есть протекают с выделением тепла.

При заливке массивных конструкций тепла выделяется много. Если создать условия, при которых оно не теряется, этого тепла может хватить, чтобы бетон набрал критическую прочность без дополнительных мероприятий.

Для этого используется утепленная опалубка, также укрывание заливки матами, минераловатными плитами, брезентом, пленочными материалами. Бетонная смесь должна иметь температуру не ниже 10 °С на момент укладки.

Температура бетона постоянно контролируется: в первые сутки раз в 1–2 часа, затем 1 раз в 8 часов.

Перепад температур «поверхность — воздух» не должен превышать 20 °С.

Для предотвращения температурного градиента может применяться электродный прогрев периферических частей конструкции.

Метод термоса использует внутреннее тепло гидратации цемента и позволяет экономить электроэнергию на обогрев бетона. Это экономически выгодный способ, но он не подходит в следующих случаях:

1. небольшие конструкции;
2. слишком низкие температуры (в этом случае метод термоса сочетают с применением противоморозных добавок);
3. конструкции с большой площадью охлаждения.

Важно!

Метод термоса может использоваться отдельно или в сочетании с применением ускоряющих добавок для более быстрого набора критической прочности. В этом случае можно быстрее произвести распалубку, что иногда экономически оправдано.

Метод горячего сухого термоса

Существенным плюсом метода является возможность укладки бетона на промороженное основание, что позволяет экономить электроэнергию на обогреве.

Опалубка устанавливается утепленная, в нее насыпают слой нагретого до 200–300 °С керамзита. После того как температура подложки снижается до 100 °С, укладывают теплую бетонную смесь и укрывают ее. Тепло керамзита прогревает основание и поддерживает температуру смеси.

Тепляки

Тепляками называют специальные шатры, которые устанавливаются над замоноличенной конструкцией, а внутри располагаются тепловые пушки, с таким расчетом, чтобы внутри поддерживалась температура не ниже +5 °С. Герметичное укрытие препятствует потере тепла. Тепляки демонтируются по достижении бетоном критической прочности.

К недостаткам метода относят необходимость приобретать дорогостоящее оборудование и большой расход электроэнергии.

Прогрев бетона

В некоторых случаях утроить термос или тепляк невозможно либо нецелесообразно. Тогда применяется прогрев бетона.

Видео: Прогрев бетона в зимнее время, кабель пнсв, трансформатор ТСДЗ-80, оборудование для прогрева

Основные методы прогрева бетона:

1. Сквозной электродный прогрев. Для его реализации внутри опалубки закрепляются электроды. При пропускании тока через бетонную смесь она нагревается.
2. Индукционный прогрев. Используется в армированных конструкциях. Арматура находится в электромагнитном поле индуктора. Она нагревается и разогревает бетон.
3. Инфракрасный прогрев. Бесконтактный прогрев инфракрасным излучением.
4. Термоматы. Специальные электронагреватели работают как грелки. Они изготавливаются в форме матов, которые удобно раскладывать по горизонтальным поверхностям. Метод не подходит для конструкций сложной конфигурации и обширных вертикальных поверхностей.
5. Контактный (кондукторный) при помощи проводника.

Видео: Зимний прогрев бетона

Холодный бетон

Холодным называется бетон, который заливается без применения обогревающих, теплоизолирующих или прогревающих мероприятий и твердеет при отрицательных температурах.

В случае невозможности использовать прогрев или метод термоса в бетонную смесь добавляют специальные противоморозные добавки с учетом ограничения применения, указанного в ГОСТ 31384–2008 (п. 6.4.3).

Важно!

В соответствии с ГОСТ 10180, расчетная прочность холодного бетона после 28 суток твердения при отрицательных температурах и 28 суток при нормальных температурах должна составлять не менее 95 % от расчетной прочности контрольного образца, твердевшего в нормальных условиях.

Противоморозные добавки для холодного бетона

Выбор добавок зависит от того, используется ли в конструкции арматура, и какая применена сталь в арматуре.

Электролиты, соли (хлорид кальция, формиат кальция или натрия, нитрит натрия). Их применение приводит к тому, что вода в бетонной смеси замерзает при более низких температурах. Благодаря взаимодействию с компонентами клинкера ускоряются процессы гидратации, таким образом, эти добавки работают как ускорители твердения и противоморозные компоненты.

Недостатки электролитов и солей:

1. несовместимость хлористых соединений с арматурой;
2. возможность появления высолов на бетоне;
3. несовместимость с некоторыми видами портландцемента;
4. несовместимость солей натрия и калия с заполнителями, содержащими потенциально-реакционноспособные породы (с содержанием растворимого кремнезема более 50 мг/л).

Комплексные добавки

Комплексные противоморозные добавки могут работать одновременно как противоморозный, водоредуцирующий, пластифицирующий компонент бетонной смеси.

Другие преимущества противоморозных добавок:

1. разработаны и проверены в лабораториях, поэтому их дозировки от массы сухого цемента точные, а эффект — предсказуемый;
2. совместимы с арматурой и разными видами портландцемента;
3. не провоцируют появление высолов;
4. позволяют проводить бетонные работы даже в морозы (при –20–30 °С);
5. обеспечивают высокую прочность и водостойкость бетона;
6. экономичны;
7. позволяют обойтись без дорогостоящего оборудования и затрат электроэнергии на прогревающие мероприятия.

Важно!

Противоморозные добавки используются не только в холодном, но и в теплом бетоне.

Морозостойкость различных марок бетона

В соответствии с новыми стандартами бетон классифицируется по прочности не на марки, а на классы.

Класс бетона по прочности зависит от используемой марки цемента, от количества и вида заполнителей и от условия твердения.

Поскольку при неблагоприятных условиях твердения (к каким относятся и низкие температуры) прочность бетона снижается, допустимо при невозможности обеспечить оптимальные условия использовать цемент более высоких марок.

В то же время применение противоморозных пластифицирующих добавок позволяет, наоборот, снижать марку цемента и уменьшать его количество в смеси без ущерба для прочности.

Марки бетона по морозостойкости

По способности замерзать и оттаивать с сохранением свойств бетоны классифицируются на марки по морозостойкости, которые обозначаются буквой F и числовым показателем от 25 до 1000.

В суровых условиях климата большинства регионов России подходящая для бетонирования погода держится 1–2 месяца в году. Невозможно себе представить прерывание бетонных работ на 10–11 месяцев. Кроме того, в условиях слабых грунтов заливка фундамента возможна только зимой. Чтобы не прерывать строительные работы и получать зимний бетон не менее прочный и качественный, чем летний, были разработаны специальные меры: сохранение тепла гидратации, прогрев бетона, применение различных противоморозных добавок. Оптимальный результат дают специально разработанные комплексные пластифицирующие противоморозные добавки, позволяющие экономить электроэнергию, воду и цемент, работать даже в морозы и получать прочный и качественный бетон.