Состав бетона в зимнее время. Можно ли зимой заливать бетон технически сложными способами. Мероприятия, увеличивающие эффективность применения противоморозных добавок

При бетонировании и заливке бетона в строительстве зимними считаются такие условия, при которых среднесуточная температура наружного воздуха снижается до +5°С, а в течение суток имеет место падение температуры ниже 0°С. Определяются они не календарем, а температурой фазового перехода в твердое состояние воды, как одного из стратегически важных строительных материалов. В северных регионах РФ такой сезон может длиться в течение большей части года. Очевидно, что в это время затраты на капитальное строительство возрастают, но его замораживание в прямом и переносном смысле даже на меньшие сроки приведет к неизмеримо большим и неоправданным потерям.

Классическая строительная бетонная смесь состоит из тщательно перемешанных компонентов:

Вяжущего вещества –цемента нужной марки
Воды
Крупного заполнителя - каменного щебня нужной фракции
Мелкого заполнителя – строительного песка надлежащего качества
Различных добавок, необходимых для применения бетонной смеси и достижения бетоном надлежащих свойств

Схватывание бетонной смеси происходит за счет гидратации частиц вяжущего вещества – в нашем случае алюмосиликатного портландцемента. По термодинамическим причинам скорость любой химической реакции, в том числе и гидратации, уменьшается приблизительно в два раза при падении температуры на 10 о С.

При температуре ниже 0 о С химически несвязанная вода превращается в лед и увеличивается в объеме приблизительно на 9%. В результате в толще бетона возникают напряжения, разрушающие его структуру. Замерзшая бетонная смесь обладает некоторой прочностью, но только за счет сцепления кристаллов льда. При оттаивании процесс гидратации цемента возобновляется, но из-за нарушений структуры бетон не может набрать проектной прочности, т.е. его прочностные характеристики окажутся значительно ниже, чем у бетона, не подвергнувшегося замерзанию. Экспериментами установлено, что на процесс набора прочности бетона существенно влияют условия твердения. А именно, если бетон до замерзания успеет набрать в зависимости от своей марки 30-50% проектной прочности, избыточная вода выжимается из его толщи, и дальнейшее воздействие низких температур уже не влияет на его физико-механические характеристики. Однако, дальнейшее дозревание будет происходить в разы медленнее, чем при нормальных условиях. При этом надо помнить, что нагружать ответственные несущие конструкции (балки, перемычки, ригели, перекрытия и т.п.) можно только по достижении 70% прочности. Если арматура монолита хотя бы в одном направлении была предварительно напряжена, то потребуются все 100% проектной прочности.

Каким же образом можно добиться полноценного качества монолитного бетона при укладывании бетонной смеси в зимних условиях ? Ответ очевиден – обеспечение таких термодинамических условий, при которых вода, участвующая в химическом процессе, будет находиться в жидкой фазе. Принципиально этого можно добиться двумя способами – либо повысить температуру зоны реакции, либо снизить температуру кристаллизации воды. Рассмотрим способы достижения обоих эффектов в увязке с компонентами бетонной смеси, причем в том же порядке, в котором они перечислены выше.

Нормативное время схватывания классического портландцемента при нормальных условиях – 28 суток. Наряду с ним существуют высокоактивные быстротвердеющие цементы, способные обеспечить полное созревание бетона в течение 2-3 суток или даже быстрее. Если монолит достаточно массивен, то его промерзание за это время не состоится из-за высокой теплоемкости воды и экзотермичности реакции гидратации. Например, именно такого типа цемент используется в сухих смесях типа «Литой бетон марки 300». Уже через 4 часа по конструкциям из него (плитам, стяжкам, ступеням и т.п.) можно ходить. Недостатки – дороговизна и недостаток времени на доставку и укладку готовой бетонной смеси. Вследствие этого данные бетоны не нашли крупнотоннажного применения.
Как известно, вода на уровне моря кипит при +100 о С. Казалось бы, при температуре +99 о С бетон затвердеет почти мгновенно. Однако, как показывает опыт, скорость его твердения резко падает после+50 о С, хотя процесс продолжает идти. Эта температура и считается технологически оптимальной. Если в толще классического бетона удастся каким-то образом обеспечить именно ее, то опалубку в большинстве случаев можно будет снять уже через 1-2 дня. При вымешивании товарной бетонной смеси производители применяют воду, нагретую вплоть до +50 о С. Вода нужна не только для химической реакции, но и для удобоукладываемости смеси. При отрицательных температурах кристаллы льда образуются именно из избыточной воды. Чтобы снизить ее содержание применяют вакуумный отсос с помощью жестких щитов или гибких матов. Нечто подобное происходит естественным путем за счет капиллярных сил при укладывании слоя кладочного раствора на пористый кирпич. Именно поэтому строительные нормы и правила позволяют вести заливку бетона и бетонирование зимой . Окончательную прочность такой цементно-песчаный раствор набирает уже после оттаивания. Наиболее сильно от замерзания страдает неокрепший железобетон. Стальные армирующие стержни являются отличными «мостиками холода» и интенсивно выводят тепло из толщи бетона. Вода вокруг них замерзает, и лед, расширяясь, отодвигает пластичную бетонную смесь. В образовавшиеся зазоры между кристаллами из нее поступает новая вода, которая в свою очередь тоже замерзает и процесс повторяется вплоть до замерзания всей воды преимущественно вокруг стержней. Понятно, что при ее оттаивании железобетон потеряет свойства композиционного материала.
Для подогрева щебня до+60 о С производители товарного бетона используют специальные регистры, через которые пропускают разогретую воду или даже пар.
То же самое касается песка. Подогрев цемента запрещается, чтобы избежать его «заваривания».
Для повышения пластичности и, как следствия – удобоукладываемости бетона в зимнее время , в бетонную смесь добавляют пластификаторы, как минеральные (например, известь), так и органические (различные полимерные гели, дисперсии и т.п.). Возможно применение специальных добавок, например - для снижения порообразования в толще бетона. Это положительно влияет на водо- и морозостойкость бетонного камня. Существуют армирующие и структурирующие добавки, например волокна – полимерные, металлические или минеральные, повышающие прочностные характеристики бетонного камня. В рассматриваемом вопросе наиболее интересны противоморозные добавки, или, как их еще называют, присадки. В тех условиях, когда прогрев невозможен, а времени достаточно, для сохранения структуры бетона можно снизить температуру замерзания воды путем добавления электролитических реагентов. Наиболее распространенными в строительстве являются поташ, хлористый кальций, соли натрия - сульфат, нитрат и нитрит, хлорид и т.п. Однако надо учесть, что при повышении температуры и оттаивании воды в окружающей среде, эти соли за счет осмотических процессов будут диффундировать к поверхности бетона и образовывать так называемые высолы. Кроме того, скорость созревания бетона упадет до критической из-за низкой температуры жидкой фазы (до -20 о С) и увеличения ионной силы солевого раствора. Электролитические добавки запрещены в бетонах с напряженной или термически упрочненной арматурой (из-за электрохимической коррозии), а также в конструкциях расположенных в местах возникновения блуждающих токов (электрифицированных объектов – железных дорог и т.п., из-за повышенной проводимости).

Если при отрицательных температурах в ходе бетонных работ не подогревать компоненты предварительно для зимнего бетонирования , то для достижения заданной температуры бетонную смесь можно приготовлять в бетоносмесителях принудительного действия с пароподогревом, при этом жертвуя некоторым отрезком времени, которое можно было бы истратить на доставку и укладку. Надо помнить, что при температуре +40 о С гидратация идет как минимум в четыре раза быстрее, чем при нормальных условиях. Поэтому в зимних условиях все работы с бетонной смесью следует выполнять как можно быстрее. Оптимально производить разогретую бетонную смесь прямо на площадке. Она как нельзя лучше подойдет для укладывания бетона зимой методом «термоса», при котором опалубка и поверхность бетона пассивно утепляются. Зачастую в бетонную смесь добавляют 2% уже знакомого нам хлористого кальция, который ускоряет первичное схватывание, одновременно понижая температуру кристаллизации воды до -3 о С. Существуют и другие добавки, ускоряющие схватывание бетона зимой . Главное, чтобы оно не состоялось нацело при приготовлении или транспортировке бетонной смеси из-за передозировки добавок.

По строительным нормам максимальная температура бетонной смеси не должна превышать +70°С для быстротвердеющего цемента, +80°С для портландцемента и +90°С для шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента.

Прогрев, обогрев и нагрев бетона при зимнем бетонировании

Для поддержания необходимой температуры бетонной смеси в искусственных условиях наибольшее распространение получила принудительная подача тепла к бетонной конструкции. Различают прогрев, обогрев и нагрев твердеющего бетона.

Прогрев бетона зимой осуществляют путем введения в толщу бетона греющих элементов. Это могут быть трубки с циркулирующим в них теплоносителем (водой, паром или воздухом), но наибольшее распространение получили изолированные электронагревательные провода типа ПНСВ. Их наматывают группами на объемный каркас железобетонной конструкции еще до укладки бетонной смеси, а по ее завершении – подключают группы к источнику переменного или постоянного тока безопасного напряжения (трансформатору). Шаг намотки определяется сечением провода и должен быть таким, чтобы омическое сопротивление провода обеспечило необходимое тепловыделение. При подключении необходимо следить, чтобы концы проводов, выходящие из опалубки, были короткими, иначе на воздухе без оттока тепла они перегорят.
Для обогрева бетона при зимнем бетонировании качестве обогревающих сооружений используют тепляки. По существу, это теплицы из пленочных или тканых материалов, возведенные вокруг конструкции, внутри которых функционирует тепловая пушка или вентилятор. Для электроволнового обогрева толщи бетона применяют электроды (пластины, стержни, полосы и струны – в зависимости от конструкции). В результате подключения противоположных электродов к разным фазам переменного тока, в бетонной смеси образуется электромагнитное поле, под воздействием которого масса разогревается до требуемой температуры и его теплота поддерживается необходимое время. Пластины навешиваются на внутреннюю сторону боковой опалубки, стержни из арматуры диаметром 6-12 мм помещают в толщу бетона с расчетным шагом. Полосовые электроды можно располагать как с одной стороны конструкции, так и с обеих. Струнные электроды наиболее эффективно применять при зимнем бетонировании колонн.
Для нагрева торцов и нижней части монолита иногда используют термоактивную опалубку, состоящую из стальных панелей (или многослойных щитов) со смонтированными на них нагревательными элементами и термоизоляцией. При прямом нагреве поверхности бетона применяют инфракрасные генераторы – металлические трубчатые или карборундовые стержневые. Тепловая энергия от поверхности за счет теплопроводности распространяется по всему объему твердеющего монолита. Иногда инфракрасный прогрев осуществляют сквозь опалубку, для этого ее покрывают черным матовым лаком. Наряду с лучистой энергией в этих целях широкое применение нашла электромагнитная (индукционная). Индукционный нагрев осуществляется при помощи последовательных витков изолированного провода (индуктора), который выкладывается вдоль поверхности, которую следует прогреть. Число витков и интенсивность обогрева предварительно рассчитывается в лабораторных условиях для данного конкретного случая и тщательно регулируется на протяжении всего процесса. Эффективность индукционного нагрева железобетона увеличивает замкнутый стальной каркас.

Обдув опалубленного монолита нагретым паром или воздухом эффективен только для тонкостенных конструкций и не нашел широкого применения.

При любом способе прогрева и/или (обогрева, нагрева) зимнее бетонирование осуществляется следующим образом:

с поверхностей опалубки удаляется снег и наледь
с этой же целью обогревается арматурный каркас
устанавливается оснастка, соответствующая выбранному способу
укладывается и уплотняется бетонная смесь
поверхности конструкции, которые соприкасаются с воздухом необходимо изолировать

Потом подходит этап обустройства скважин для замера температуры, и только после этого начинается непосредственно сам прогрев, который останавливается, как только расчетная температура будет достигнута. Первые восемь часов нужно контролировать температуру уложенного бетона каждые два часа, а потом не реже, чем раз в смену (с фиксированием в журнале).

По окончании изометрического прогрева ни в коем случае нельзя резко охлаждать конструкцию, это может быть чревато серьезными повреждениями монолита. Резкое охлаждение вызывает огромное напряжение в бетоне и приводит к растрескиванию. Температура нагрева может превышать расчетную лишь на 5°С. Скорость остывания бетона после окончания прогрева не должна превышать 15°С/час, для железобетонных монолитов она составляет 2-3°С/час.

Демонтаж опалубки (распалубование) производят только после достижения бетоном необходимой прочности. Она варьируется от 40% до 70% и даже 100% в зависимости от марки бетона и назначения конструкции.

В любом случае нужно помнить о том, что только соблюдение технологических требований может гарантировать надлежащее качество монолитной конструкции.

При необходимости проведения зимнего бетонирования главной проблемой являются низкие температуры окружающей среды, которые приводят к замерзанию строительных материалов. Соответственно, технология бетонирования в зимних условиях направлена на предотвращение замерзания воды и других материалов.

Требования к зимнему бетонированию определяются СНиП 3.03.01, согласно которому зимними условиями считаются температуры ниже 5°С.

Особенности зимнего бетонирования

Существуют две важные причины, усложняющие процесс укладки бетона в зимой.

При низких температурах замедляется процесс гидратации цемента, что является причиной увеличения сроков набора твердости бетоном.

При температуре окружающей среды, равной 20 0 С, в течение недели бетон набирает около 70% проектной прочности. При понижении температуры до 5 0 С для набора такого уровня прочности потребуется времени в 3-4 раза больше.

Еще одним нежелательным процессом является развитие сил внутреннего давления, которые возникают из-за расширения замерзшей воды. Это явление приводит к разупрочнению бетона. Помимо этого, из замерзшей воды вокруг заполнителей образуются ледяные пленки, нарушающие связь между компонентами смеси.

При замерзании воды в порах твердеющей смеси развивается значительное давление, которое приводит к разрушению структуры неокрепшего бетона и снижению его прочностных характеристик.

Снижение прочности тем значительнее, чем в более раннем возрасте бетона замерзла вода. Наиболее опасным является период схватывания бетонной смеси. Если смесь замерзнет сразу после укладки ее в опалубку, то ее прочность при отрицательных температурах будет обусловлена только силами замерзания. При повышении температуры процесс гидратации цемента возобновится, но прочность такого бетона будет значительно уступать аналогичной характеристике материала, который не подвергался замораживанию.

Противостоять замораживанию без структурных разрушений может только тот бетон, который уже набрал определенное значение прочности. Важно соблюдать правило беспрерывной укладки бетона во избежание холодных швов.

В современном строительстве в мировой практике наиболее распространен способ зимнего бетонирования, когда бетонная смесь предохраняется от замерзания во время ее схватывания и набора определенной величины прочности, которая называется критической.

Под критической величиной прочности бетона принимают прочность, которая равна 50% от марочной. В конструкциях ответственного назначения бетон предохраняется от замерзания до достижения 70% от проектной прочности.

В современном строительстве применяют несколько способов бетонирования в зимний период:

использование добавок противоморозного действия;
укрытие бетонной смеси пленкой ПХВ и другими утеплителями;
электрический и инфракрасный прогрев бетона.

Вне зависимости от того, что вы строите, встаёт вопрос, ? Мы знаем, как выбрать марку в зависимости от типа объекта, нагрузки и характера грунта.

Основной закон прочности бетона, описанный , позволяет грамотно спланировать строительные работы.

Самые популярные , бетонных смесей и составляющих.

Применение добавок противоморозного действия

Технологически наиболее удобным и экономически выгодным методом проведения зимнего бетонирования является применение противоморозных добавок. Этот безобогревный способ гораздо дешевле бетонирования с предварительным ограждением и утеплением конструкции, прогрева электричеством и инфракрасными лучами.

Модификаторы противоморозного действия могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с различными методами подогрева.

Все существующие «зимние» добавки в бетон можно разделить на три основные группы.

К первой группе относят добавки, которые либо слабо ускоряют, либо слабо замедляют процессы схватывания и твердения смеси. Представители этого класса — сильные и слабые электролиты, неэлектролиты и составы органического происхождения — карбамид и многоатомные спирты.
Ко второй группе принадлежат модификаторы на основе хлорида кальция. Эти вещества имеют способность сильно ускорять процессы схватывания и твердения и обладают значительными антифризными свойствами.
В третью группу входят вещества, обладающие слабыми антифризными свойствами, но являющиеся сильными ускорителями схватывания и твердения с сильным тепловыделением сразу после заливки. Сфера применения этих добавок невелика, но они представляют интерес с научной точки зрения. К таким добавкам относятся трехвалентные сульфаты на основе алюминия и железа.

Мероприятия, увеличивающие эффективность применения противоморозных добавок

Противоморозные добавки выполняют важную роль — активируют процессы твердения смеси и снижают температуру замерзания жидкой фазы. Но для получения эффективного результата, наряду с использованием модификаторов, необходимо выполнять ряд сопутствующих мероприятий.

Созданию внутренней теплоты в бетонной смеси способствует предварительный подогрев ее компонентов.
После окончания укладки поверхность бетона необходимо утеплить матами, что позволит сохранить тепло, выделенное в результате экзотермической реакции цемента и воды, и сохранить условия, подходящие для твердения.
Зимой наиболее эффективно использовать портландцементы и высокомарочные быстротвердеющие цементы.

При изготовлении бетонной смеси из подогретых компонентов применяют иной порядок загрузки всех элементов, чем в традиционных летних условиях, когда все сухие составляющие одновременно загружаются в заполненный водой барабан смесителя. Зимой, чтобы избежать заваривания цемента, сначала в барабан заливают воду, затем засыпают крупный заполнитель, а потом проворачивают барабан несколько оборотов и засыпают песок и цемент.

Продолжительность перемешивания компонентов в зимнее время должна быть увеличена примерно в полтора раза.

Транспортировка смеси должна осуществляться в утепленной машине, с двойным днищем, куда поступают отработанные газы. Места погрузки и выгрузки бетонной смеси необходимо изолировать от воздействия ветра, а средства подачи смеси — тщательно утеплить.
Опалубка и арматура должны быть очищены от снега и наледи, арматуру необходимо отогреть до положительной температуры.
Обязательное условие зимнего бетонирования — быстрые темпы его проведения.

Метод «термоса»

Технологически метод «термоса» осуществляется укладкой смеси положительной температуры в утепленную опалубку. Бетон набирает прочность благодаря начальному теплосодержанию и экзотермическому выделению при реакции гидратации цемента.

Максимальное тепловыделение обеспечивают портландцементы и высокомарочные цементы. Особо эффективен метод «термоса» в сочетании с противоморозными добавками.

Бетонирование методом «горячего термоса» заключается в кратковременном подогреве смеси до 60-80 0 С, уплотнении ее в горячем состоянии и выдерживании в «термосе» или с применением дополнительного подогрева.

В условиях строительной площадки бетонную смесь разогревают с помощью электродов. Смесь выступает в цепи переменного электротока в роли сопротивления. Электропрогрев проводят в кузовах автосамосвалов или бадьях.

Способы искусственного нагрева и прогрева бетона

Сущность этого метода заключается в создании и дальнейшем поддержании температуры смеси при максимально допустимой величине, пока бетон не наберет требуемую прочность. Этот способ применяется в случаях, когда метода «термоса» оказывается недостаточно.

Существует несколько вариантов достижения требуемого результата:

Физический смысл электродного прогрева аналогичен выше описанному методу электродного разогрева смеси. В данном случае используется теплота, которая выделяется смесью при пропускании через нее электрического тока. Для подведения электротока к бетону применяют электроды нескольких типов: пластинчатые, струнные, полосовые, стержневые. Наиболее эффективными являются пластинчатые электроды, изготавливаемые из кровельной стали. Пластины нашивают на поверхность опалубки, непосредственно соприкасающуюся с бетоном, и подключают к разноименным фазам сети. Между противолежащими электродами происходит токообмен, в результате чего осуществляется нагрев всей бетонной конструкции.
Сущность контактного или кондуктивного нагрева заключается в использовании тепла, выделяемого в проводнике во время прохождения по нему электротока. Контактным способом теплота передается всем поверхностям бетонного элемента. От поверхностей тепло распространяется по всей конструкции.

Для контактного нагрева бетона используют термоактивные гибкие покрытия или термоактивные опалубки.

Способ инфракрасного нагрева основан на способности инфракрасных лучей при их поглощении телом трансформироваться в тепловую энергию. Теплота от излучателя к нагреваемому телу осуществляется моментально без использования переносчика тепла. В качестве генераторов инфракрасных волн используют кварцевые и трубчатые металлические излучатели. Инфракрасный нагрев применяется для отогрева арматуры, промороженных бетонных поверхностей, тепловой защиты уложенной бетонной смеси.
При индукционном нагреве используется теплота, которая выделяется в стальной опалубке или арматурных деталях и изделиях, расположенных в электромагнитном поле катушки-индуктора. Этот метод применяется с целью отогрева ранее выполненных бетонных конструкций при любой температуре окружающей среды и в любой опалубке.

GD Star Rating
a WordPress rating system

Бетонирование зимой: способы, особенности, необходимые мероприятия , 4.8 из 5 - всего голосов: 32

Выдержки из СНиП имеющие отношение к бетонным работам в зимнее время: транспортировка, укладка бетонной смеси, как заливать бетон зимой при отрицательных температурах.

СНиП. ПРОИЗВОДСТВО БЕТОННЫХ РАБОТ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ ВОЗДУХА

2.53. Настоящие правила выполняются в период производства бетонных работ при ожидаемой среднесуточной температуре наружного воздуха ниже 5 °С и минимальной суточной температуре ниже 0 °С.

2.54. Приготовление бетонной смеси следует производить в обогреваемых бетоносмесительных установках, применяя подогретую воду, оттаянные или подогретые заполнители, обеспечивающие получение бетонной смеси с температурой не ниже требуемой по расчету. Допускается применение неотогретых сухих заполнителей, не содержащих наледи на зернах и смерзшихся комьев. При этом продолжительность перемешивания бетонной смеси должна быть увеличена не менее чем на 25 % по сравнению с летними условиями.

2.55. Способы и средства транспортирования должны обеспечивать предотвращение снижения температуры бетонной смеси ниже требуемой по расчету.

2.56. Состояние основания, на которое укладывается бетонная смесь, а также температура основания и способ укладки должны исключать возможность замерзания смеси в зоне контакта с основанием. При выдерживании бетона в конструкции методом термоса, при предварительном разогреве бетонной смеси, а также при применении бетона с противоморозными добавками допускается укладывать смесь на неотогретое непучинистое основание или старый бетон, если по расчету в зоне контакта на протяжении расчетного периода выдерживания бетона не произойдет его замерзания.

При температуре воздуха ниже минус 10 °С бетонирование густоармированных конструкций с арматурой диаметром больше 24 мм, арматурой из жестких прокатных профилей или с крупными металлическими закладными частями следует выполнять с предварительным отогревом металла до положительной температуры или местным вибрированием смеси в приарматурной и опалубочной зонах, за исключением случаев укладки предварительно разогретых бетонных смесей (при температуре смеси выше 45 °С). Продолжительность вибрирования бетонной смеси должна быть увеличена не менее чем на 25 % по сравнению с летними условиями.

2.57. При бетонировании элементов каркасных и рамных конструкций в сооружениях с жестким сопряжением узлов (опор) необходимость устройства разрывов в пролетах в зависимости от температуры тепловой обработки, с учетом возникающих температурных напряжении, следует согласовывать с проектной организацией. Неопалубленные поверхности конструкций следует укрывать паро- и теплоизоляционными материалами непосредственно по окончании бетонирования.

Выпуски арматуры забетонированных конструкций должны быть укрыты или утеплены на высоту (длину) не менее чем 0,5 м.

2.58. Перед укладкой бетонной (растворной) смеси поверхности полостей стыков сборных железобетонных элементов должны быть очищены от снега и наледи.

2.59. Бетонирование конструкций на вечномерзлых грунтах следует производить в соответствии со СНиП II-18-76.

Ускорение твердения бетона при бетонировании монолитных буронабивных свай и замоноличивании буроопускных следует достигать путем введения в бетонную смесь комплексных противоморозных добавок, не снижающих прочность смерзания бетона с вечномерзлым грунтом.

2.60. Выбор способа выдерживания бетона при зимнем бетонировании монолитных конструкций следует производить в соответствии с рекомендуемым приложением 9.

2.61. Контроль прочности бетона следует осуществлять, как правило, испытанием образцов, изготовленных у места укладки бетонной смеси. Образцы, хранящиеся на морозе, перед испытанием надлежит выдерживать 2-4 ч при температуре 15-20 °С.

Допускается контроль прочности производить по температуре бетона в процессе его выдерживания.

2.62. Требования к производству работ при отрицательных температурах воздуха установлены в таблице. 6

6. Требования к производству бетонных работ при отрицательных температурах.

Параметр	Величина параметра	Контроль (метод, объем, вид регистрации)
Заливать бетон при отрицательных температурах.
1. Прочность бетона монолитных и сборно-монолитных конструкций к моменту замерзания:		Измерительный по ГОСТ 18105-86, журнал работ
для бетона без противоморозных добавок:
конструкций, эксплуатирующихся внутри зданий, фундаментов под оборудование, не подвергающихся динамическим воздействиям, подземных конструкций	Не менее 5 МПа
конструкций, подвергающихся атмосферным воздействиям в процессе эксплуатации, для класса:	Не менее, % проектной прочности:
В7,5-В10	50
В12,5-В25	40
В30 и выше	30
конструкций, подвергающихся по окончании выдерживания переменному замораживанию и оттаиванию в водонасыщенном состоянии или расположенных в зоне сезонного оттаивания вечномерзлых грунтовпри условии введения в бетон воздухововлекающих или газообразующих ПАВ	70
в преднапряженных конструкциях	80
для бетона с противоморозными добавками	К моменту охлаждения бетона до температуры, на которую рассчитано количество добавок, не менее 20 % проектной прочности
2. Загружение конструкций расчетной нагрузкой допускается после достижения бетоном прочности	Не менее 100 % проектной	-
3. Температура воды и бетонной смеси на выходе из смесителя, приготовленной:		Измерительный, 2 раза в смену, журнал работ
на портландцементе, шлакопортландцементе, пуццолановом портландцементе марок ниже М600	Воды не более 70 °С, смеси не более 35 °С
на быстротвердеющем портландцементе и портландцементе марки М600 и выше	Воды не более 60°С,смеси не более 30 °С
на глиноземистом портландцементе	Воды не более 40 С, смеси не более 25 °С
Температура бетонной смеси, уложенной в опалубку, к началу выдерживания или термообработки:		Измерительный, в местах, определенных ППР, журнал работ
при методе термоса	Устанавливается расчетом, но не ниже 5°С
с противоморозными добавками	Не менее чем на 5 С выше температуры замерзания раствора затворения
при тепловой обработке	Не ниже 0 °С
5. Температура в процессе выдерживания и тепловой обработки для бетона на:	Определяется расчетом, но не выше, °С:	При термообработке - через каждые 2 ч в период подъема температуры или в первые сутки. В последующие трое суток и без термообработки - не реже 2 раз в смену. В остальное время выдерживания - один раз в сутки
портландцементе	80
шлакопортландцементе	90
6. Скорость подъема температуры при тепловой обработке бетона:		Измерительный, через каждые 2 ч, журнал работ
для конструкций с модулем поверхности:	Не более, °С/ч:
до 4	5
от 5 до 10	10
св. 10	15
для стыков	20
7. Скорость остывания бетона по окончании тепловой обработки для конструкций с модулем поверхности:		Измерительный, журнал работ
до 4	Определяется расчетом
от 5 до 10	Не более 5°С/ч
св. 10	Не более 10°С/ч
8. Разность температур наружных слоев бетона и воздуха при распалубке с коэффициентом армирования до 1 %, до 3 % и более 3 % должна быть соответственно для конструкций с модулем поверхности:		То же
от 2 до 5	Не более 20, 30, 40 °С
св. 5	Не более 30, 40, 50 °С

«Зимние условия» создаются на строящемся объекте, где значительная доля работ связана с монолитным железобетоном, значительно раньше, чем наступает зима по календарю. Строительство становится «зимним», как только среднесуточные температуры падают до +5 о С и в ночные часы случается температура менее 0 о С.

В условиях минусовых температур вода в составе полностью не отвердевшего бетона прекращает реагировать с цементом и замерзает, становясь льдом. Интенсивность процессов гидратации резко снижается, бетон перестает отвердевать. Параллельно в толще бетона нарастает внутреннее давление, возникающее из-за 9% увеличения водного объема, превратившегося в лед. Если вымораживание бетонной отливки происходит на ранней стадии работ (непосредственно после укладки бетона), то структура железобетона полностью нарушается, поскольку у него отсутствует способность противостоять процессам замерзания внутреннего объема жидкости. В случае оттаивания бетона лед снова становится водой и активизируется гидратационный процесс, но полного восстановления структуры бетона не произойдет.

При замораживании только что уложенного бетона вокруг его внутреннего арматурного «скелета» и зерен наполнителя образуется ледяная корка, нарастающая за счет поступающей воды из внутренних зон бетона с более высокой температурой. Каждая ледяная корка постепенно наращивает толщину стенок и отодвигает цементное тесто от бетонного наполнителя и арматуры, что снижает прочностные характеристики бетона, негативно влияет на его долговечность.

Если же бетон успеет набрать минимально-достаточную прочность до замерзания, то негативные процессы в его структуре не разовьются. Степень прочности бетона, при которой низкие температуры для него не представляют опасности, носит название «критическая».

Нормативы критической прочности бетона связаны с его классом, видом и условиями, в которых будет эксплуатироваться данная конструкция. В случае конструкций из бетона и железобетона (арматура ненапрягаемая) критическая прочность должна составить для В7,5-В10 не менее 50% от прочности по проекту, для В12,5-В25 не менее 40%, более В30 - 30%. Для бетонных конструкций, содержащих предварительно напрягаемую арматуру, критическая прочность должна быть не менее 80% от проектной. Для конструкций из бетона, подверженных сменяющимся циклам заморозки и оттаивания необходимо достичь 70% прочности. Нагружаемые конструкции обязаны набрать полную, 100% прочность от проектной перед тем, как окажутся под воздействием минусовых температур.

Длительность периода отверждения бетона, в течение которого достигается набор необходимых прочностных характеристик, во многом зависит от температурных условий на строительной площадке. Чем выше температура воздуха, тем более высока активность водной составляющей бетонной смеси - процессы реакции с цементным клинкером проходят быстрее, что ускоряет внутреннюю коагуляцию и формирование кристаллической структуры. Соответственно, понижение температуры ведет к замедлению этих процессов.

Бетонные работы в зимнее время необходимо производить в искусственно созданных условиях в отношении температуры и влажности, добиваясь твердения бетона до критической или проектной прочности за меньшее время и с меньшими затратами. Чтобы достичь необходимых результатов, используются особые технологии смешивания, доставки в размещения на месте, а также последующего выдерживания бетона.

Предварительный подогрев бетонной смеси

Во время составления смеси бетона в условиях низких температур выполняется ее нагрев до 35-40 о С, обеспечиваемый предварительным разогревом компонентов.Вода греется в котлах до температуры 90 о, а наполнитель до 60 о С разогревается в барабанах при помощи пара, дымовых газов и горячей воды. Нагревать цемент категорически нельзя.
Искусственно нагретая бетонная смесь для «зимней» стройплощадки составляется иначе, чем в теплый сезон. Если летом сухие компоненты смеси единовременно загружаются в бункер смесителя, куда ранее была залита вода, то зимой порядок таков - прежде заливается вода и отсыпаются крупные фракции заполнителя. Когда смесительный барабан совершит несколько оборотов, в него грузится цемент и песок. Игнорирование такой последовательности действий приведет к «завариванию» цемента.

Длительность промешивания бетонной смеси при отрицательных температурах необходимо увеличить в 1,2-1,5 раза по сравнению с «летним» сроком ее смешивания. Транспортировка готового бетона выполняется в прогретой, утепленной и закрытой емкости, будь то бадья или кузов автомашины. Прогрев кузова автотранспорта обеспечивается таким образом - он делается двойным, в созданную таким образом полость направляются выхлопные газы от двигателя, что позволит уменьшить потери тепла. Доставка бетонной смеси должна происходить с максимально возможной скоростью и без каких-либо промежуточных перегрузок. Участки, на которых происходит погрузка и выгрузка смеси бетона, необходимо огородить от ветра, а средства, по которым поступает бетон (хоботы) - утеплить.

Подготовка бетонных работ в зимнее время

Укладка бетона должна производиться на основание, состояние которого полностью исключает замерзание смеси по линии стыка с ним, а также возможность деформаций из-за пучинистости грунтов. С этими целями основание участка бетонирования нагревается до достижения им положительной температуры, а после укладки смеси сохраняется от промерзания до тех пор, пока бетон не наберет критическую прочность.

Непосредственно перед началом работ по бетонированию опалубка и арматура чистятся от наледи и снежных масс. Если диаметр арматуры превышает 25 мм, либо она выполнена из жесткого профилированного проката или содержит металлические закладные элементы значительного размера, то в условиях отрицательных температур менее -10 о С следует нагреть арматуру.

Процессы бетонирования в условиях зимы производятся быстро и непрерывно - каждый нижерасположенный слой бетона следует перекрыть новым прежде, чем его температура упадет ниже расчетной.

Современные технологии выполнения бетонных работ в зимний период позволяют достичь высокого качества строительных конструкций при оптимальном уровне затрат. Условно они делятся на три группы:

технология «термоса», базирующаяся на сохранении начальной теплоты смеси, нагретой в процессе составления или перед укладкой на месте работ, а также на использовании выделений тепла, происходящих из-за реакции цемента с водой во время отверждения бетона;
технология искусственного прогрева бетонной смеси после выполнения ее укладки в конструкцию;
технология химического снижения точки замерзания воды в составе бетонной смеси и повышения скорости реакции цемента.

В зависимости от ситуации на строительной площадке, приведенные способы выдерживания бетона при низких температурах можно использовать комбинационно. Окончательный выбор в пользу одной из технологий строится на типе конструкции и ее габаритах, на виде бетона, его составе и проектной прочности, которую он должен набрать, местных климатических условий на момент производства работ, энергетических возможностей на строительном объекте и т.д.

Бетонные работы зимой и технология «термоса»

Ее суть - в укладке смеси бетона, имеющей температуру в диапазоне от 15 до 30 о С, в опалубку с утеплением. Это обеспечит набор бетоном достаточной прочности благодаря его начальной тепловой энергии и экзотермической реакции цемента, что не позволит бетонной конструкции замерзнуть до срока. Количество теплоты, вырабатываемой в результате экзотермических реакций, зависит от температуры выдерживания и вида цемента, использованного при составлении смеси.

Лучшие данные по тепловыделению показывают портландцементы высоких марок и с быстрым отверждением. Сохранение тепла в бетоне существенно зависит от экзотермии, поэтому бетонные работы по технологии «термоса» следует производить на смесях с быстротвердеющими и высокоэкзотермичными портландцементами, укладываемыми с искусственно поднятой начальной температурой в хорошо утепленную конструкцию.

Применение специальных химических добавок . Некоторые химикаты - поташ К 2 СО 3 , хлористый кальций CaCL, нитрат натрия NaNO 3 и пр. - будучи введенными в состав бетона в небольшом объеме, как правило, не более 2% от количества цемента, повышают скорость твердения бетона на начальном этапе выдерживания. К примеру, при введении хлористого кальция в количестве 2% от массы цемента обеспечивает 1,6 кратную прочность бетона через 2,5 суток от момента укладки в конструкцию, по сравнению с бетоном идентичного состава, но не содержащего специальной добавки. Химические добавки также обеспечивают смещение точки замерзания воды до -3 о С, что позволяет нарастить сроки остывания бетона и тем самым обеспечить ему больший набор прочности. Более подробно информация о методиках химического улучшения характеристик бетона для ведения зимней стройки раскрыта .

Составление бетонных смесей, включающих в себя химические добавки, выполняется с использованием горячей воды и нагретых зернах наполнителя. При извлечении из смесителя такой бетон обычно имеет температуру от 25 до 35 о С, непосредственно перед укладкой его температура падает до примерно 20 о С. Укладку в конструкции химически модифицированных бетонов осуществляют при внешней температуре воздуха от -15 до -20 о С, после размещения в утепленной опалубке сверху настилается один-два слоя теплоизоляции. Отверждение бетонной конструкции происходит за счет эффекта «термоса» при одновременном действии дозированных химических компонентов. Технология «термосного» бетонирования наряду с использованием химикатов проста и относительно недорога, ее можно применять при создании конструкции с модулем поверхности (Мп) менее пяти.

Бетонирование по методу «горячего термоса» . Базируется на быстром прогреве бетона до 60-80 о С и уплотнении смеси в конструкции до того, как она остынет. Далее бетонная смесь выдерживается по «термосной» технологии, либо выполняется ее дополнительный подогрев в течение срока набора критической прочности.

На строительной площадке бетонная смесь чаще всего разогревается при помощи электротока - в ней размещаются электроды и подается переменный ток, нагрев происходит благодаря сопротивлению бетона. Мощность и количество тепловой энергии, вырабатываемой за единицу времени, прямо пропорциональна напряжению на электродах и обратно пропорциональна омическому сопротивлению смеси. При этом интенсивность омического сопротивления зависит от плоскостных размеров электродов, дистанции между ними и удельному омическому сопротивлению смеси бетона.

Электрический нагрев бетонной смеси выполняется под током в 380В, в более редких случаях - под 220В. Для обеспечения этой операции, строительная площадка комплектуется трансформаторным постом, распределительным щитком и пультом управления. Прогрев смеси осуществляется в бадье либо в кузове самосвала непосредственно. Первый метод выполняется в следующей последовательности - составленная на бетонном заводе смесь вывозится при помощи автотранспорта на объект строительства, перегружается специальные бадьи, оборудованные электродами, греется до тех пор, пока ее температура не составит 70-80 о С, а затем укладывается в опалубку на месте работ. Как правило, используются бадьи-туфельки, оборудованные тремя стальными 5 мм электродами, запитанными к электросети через кабельные разъемы. Чтобы бетон равномерно распределился в электробадье, а также для упрощения дальнейшей выгрузки, на корпус бадьи монтируется вибратор.

Следуя второму методу автосамосвал, в кузове которого содержится бетонная смесь, прибывает на стройплощадку и следует на пост разогрева - его кузов располагается точно под электродной рамой. Активируется работа вибрационной установки, затем в содержащийся в кузове бетон заводятся электроды, к ним подается электроток. Нагрев смеси выполняется на протяжении 10-15 минут при ее нагреве до 60 о С (верно для быстротвердеющих портландцементов), до 70 о С для портландцементов и до 80 о С для шлакопортландцементов.

Чтобы быстро и за крайне короткий срок нагреть бетон до необходимой температуры, важно обеспечить площадку высокими электрическими мощностями. К примеру, на 15-ти минутный прогрев кубометра бетонной смеси до 60 о С уйдет 240 кВт, а на более быстрый 10 минутный до этой же температуры - 360 кВт.

Следующая часть статьи, посвященная прогреву уложенной в конструкцию смеси, находится .

Бетонные работы желательно выполнять при круглосуточной температуре наружного воздуха выше +5°С. Но тогда все стройки в климатических условиях большинства районов нашей страны были бы законсервированы более чем на полгода. Чтобы бетонирование в зимних условиях стало возможным, были разработаны и внедрены в производство различные методы, это:

Использование специальных добавок, понижающих точку замерзания воды. Самая известная добавка - поваренная соль.
Применение опалубки с подогревом.
Приготовление бетонной смеси на горячей воде.
Использование высококачественных быстротвердеющих цементов;
Прогревание бетонной массы после формовки.

Все эти способы могут применяться при заливке бетона зимой, как самостоятельные варианты или в комплексе.

Что происходит с бетоном при минусовых температурах

При твердении бетонной смести в нормальных температурно-влажностных условиях вода, вступая во взаимодействие с цементом, песком и щебнем, способствует их крепкому сцеплению между собой. В результате получается монолит, наделенный высокими прочностными характеристиками. Если допустить замерзание воды в составе бетонной смеси, то произойдет обратный, разрушительный эффект.

Водная составляющая при низких температурах, расширяясь, увеличивается в объеме делает массу рыхлой. А главный элемент бетона - цемент - теряет свои свойства. Кроме того, замерзшая вода создаст полости вокруг деталей арматурного каркаса, тем самым нарушив целостность конструкции. После размораживания бетонная масса уже не сможет восстановить необходимые качества. Это плохо для любой конструкции, но касательно фундаментов - такое положение дел катастрофично. Так можно ли заливать бетон зимой? Нежелательно, но допустимо при соблюдении определенных правил и требований СНиП к выполнению строительных работ при низких температурах наружного воздуха.

Практическими исследованиями установлен пограничный предел прочности для различных марок бетона, после которого замораживание для него не будет критичным. Потери прочности в готовом виде составят, в таком случае, не более 6%.

Добавки, повышающие морозостойкость бетона

Бетонные работы зимой должны проводиться с добавлением в бетонную смесь специальных противоморозных добавок. Они способствуют понижению температуры замерзания состава и ускорению сроков схватывания и твердения бетона. К таким веществам относятся:

хлористый кальций (поваренная соль);
хлористый натрий;
нитрит и нитрат натрия;
формиат натрия;
поташ;
лигносульфанат.

Любую из этих добавок вводят в бетонную смесь небольшими дозами. Достаточно 1-2 % от веса цемента, чтобы зимний бетон приобрел нужные качества.

Помимо своего главного предназначения, противоморозные добавки улучшают прочностные характеристики материала, увеличивают его плотность, положительно влияют на долговечность конструкции.

Приготовление бетонной смеси зимой

Помимо использования противоморозных добавок, зимнее бетонирование выполняют теплым составом. Температуру бетонной смеси необходимо довести до 35-40 градусов. Для этого подогревают воду и заполнители, мелкий и крупный. Цемент греть нельзя категорически, но хранить его в теплом помещении нужно.

Замечательно, если на строительной площадке есть бетономешалка с электрическим подогревом, так как заливать бетон зимой надо только теплым. Обычную мешалку разогревают путем прокручивания в ней очень горячей воды. В холодный период года порядок приготовления бетонной смеси отличается от обычного:

сначала в бетономешалку заливают горячую воду с растворенными в ней добавками;
засыпают подогретые заполнители;
разогрев песка и щебня можно выполнять горячим воздухом с помощью компрессора или в специальных печах;
после перемешивания добавляется цемент;
процесс замешивания бетонной смеси по времени увеличивается примерно наполовину, против обычных сроков.

Готовую смесь заливают в заранее приготовленную опалубку. Перед этим необходимо удалить возможную наледь и прогреть арматурный каркас любым удобным способом: переносными жаровнями с топливом, тепловыми пушками, электричеством.

Бетонирование зимой должно производиться непрерывно, чтобы конструкция получилась прочной и однородной. Временной промежуток между заливками отдельных порций бетонной смеси должен быть таким, чтобы минусовая температура не успевала повлиять на предыдущую часть. Заформованную долю конструкции необходимо немедленно укрывать теплоизоляционными материалами, пленкой ПВХ.

Уход за бетоном в зимнее время

Использование горячего раствора и применение противоморозных добавок очень важны при работе зимой. Но не менее существенно грамотно организовать условия твердения и соответствующий уход за бетоном в зимнее время. Для продления сроков остывания готовой конструкции используют любые подходящие материалы: пленку, сено, солому, теплоизолирующие маты.

Отличный эффект дает использование несъемной опалубки из пенополистирола. Она поможет бетонной массе созреть равномерно, без заморозки, а после набора бетоном проектной прочности будет служить качественной теплоизоляцией и защитит его от вредного воздействия окружающей среды.

В промышленных условиях и на масштабных стройках используется еще такой метод, как электропрогрев. Удовольствие не из дешевых, но весьма эффективное. Осуществлять электропрогрев можно двумя путями: подключением электродов к арматурному каркасу или помещением их в бетонную массу.

Для контроля за процессом применяют специальные автоматические устройства с датчиками. Если таковых нет, то работа выполняется вручную периодическим измерением температуры и включением/отключением электродов при достижении температуры +30°С.

Для реализации прогрева бетонной массы при помощи электричества используют следующие средства:

Провод ПНСВ, состоящий из стального стержня и поливинилхлоридной изоляции. Сечение может быть от 1 до 6 мм. Применим для электрических сетей с переменным током до 380 В или с постоянным - до 1000В. В качестве прогревающего элемента для твердения бетона в зимних условиях используется через понижающий трансформатор.
Кабели ВЕТ финского производителя и КДБС от Российского изготовителя разработаны специально с намерением использовать их в строительном производстве для ускорения сроков твердения бетона. Примечательно, что применение этих проводов не нуждается в трансформаторах, они работают от обычной бытовой электросети в 220в.

Нагревательный кабель выбранной марки, рассчитанной мощности оборачивают вокруг арматурного каркаса с примерным шагом 250-300 мм. Внутри конструкции провода не должны перехлестываться, сильно провисать, и закладывать их глубже, чем на 200 мм тоже не следует. Если заливке бетонной смесью подлежит не отдельно стоящий элемент, а тот, что стыкуется с имеющейся деталью, то укладку провода надо начинать от места стыка.

На один квадратный метр расходуется обычно около 4 м провода. Это количество определено опытным путем, исходя из такого расчета, что для прогрева 1м3 бетона нужно 0,4-1,5 кВт мощности. На установление точной цифры влияет толщина изделия, вид опалубки, свойства и состав самой бетонной смеси. Для крепления кабелей используют вязальную арматурную проволоку.

Подключение к сети или трансформатору осуществляется по окончании всего комплекса формовочных работ. При этом должна быть полностью исключена возможность повреждения нагревательных кабелей.