Особенности зимнего бетонирования

Особенности зимнего бетонирования

Эта статья взята из журнала Технологии Бетонов №1-2, 2019 г «Особенности зимнего бетонирования». Автор — В.Д. СТАРОВЕРОВ, канд. техн. наук, доцент кафедры технологии строительных материалов и метрологии СПбГАСУ.

Статья написана совместно с технологами нашей компании — Д.М. ШВАБ, И.И. СОКОЛОВ и Д.О. ПОПОВ.

В настоящей статье раскрываются основные требования по уходу за монолитными бетонными конструкциями, возводимыми в зимний период. Перечисляются основные проблемы, с которыми сталкиваются строители на объектах. Описываются электрофизические свойства “зимних” бетонных смесей, оказывающие существенное влияние на выбор режима электропрогрева.

Почему возникают проблемы при бетонировании при отрицательных температурах

С внедрением в строительную отрасль результатов научных исследований, технико-технологических разработок на основе обобщения практического опыта и современных материалов возведение монолитных зданий и сооружений перешло от сезонного характера к круглогодичному процессу, что дало возможность обеспечивать ускоренные темпы ввода в эксплуатацию объектов капитального строительства.

Однако стоит отметить, что до сих пор сохраняются определенные проблемы строительства зданий из монолитного бетона и железобетона. Хотя очевидно, что качество и безопасность монолитных бетонных и железобетонных конструкций, возводимых при отрицательных температурах, зависят от соблюдения технологии производства работ.

По результатам обобщения результатов натурных наблюдений установлено, что бетон различных зон монолитных конструкций неравномерно прогревается при тепловой обработке, часто в периферийных зонах фиксируется преждевременное замораживание. Также известно, что распределение температуры по сечению монолитных конструкций, выдерживаемых в зимних условиях, происходит неравномерно.

При отрицательных температурах в свежеуложенном бетоне не прореагировавшая с цементом вода переходит в твердое состояние, что влечет за собой прекращение химических реакций с безводными минералами цемента, гидратация останавливается, бетон перестает набирать прочность. Одновременно с этим в бетоне развиваются внутренние напряжения из-за давления льда, вызванные его увеличением в объеме (примерно 9%). В этом случае при раннем замораживании бетона малопрочные кристаллогидратные связи разрушаются под давлением льда. В дальнейшем, при оттаивании, вода вновь участвует в реакциях, набор прочности бетона возобновляется, однако разрушенные связи в бетона полностью не восстанавливаются.

Также необходимо обратить внимание на то, что замораживание свежеуложенного бетона сопровождается образованием вокруг арматуры и заполнителя ледяных прослоек, отжимающих цементное тесто от арматуры и заполнителя, что приводит к частичной или полной потере сцепления между этими структурными элементами и формирующейся матрицей.

В совокупности перечисленные процессы приводят к деградации физико-механических характеристик бетона, потере жесткости и несущей способности конструктивных элементов.

Методы зимнего бетонирования

Очевидно, что для решения данной проблемы необходимо обеспечить условия, при которых бетон успеет набрать “критическую” прочность. Поэтому для обеспечения требуемого темпа набора прочности бетона в зимнее время необходимо создавать условия, при которых активизируются протекающие гидратационные процессы.

Известен ряд методов зимнего бетонирования. К наиболее применяемым относятся:

— использование бетонов с противоморозными добавками;
— технологии тепловой обработки (электропрогрев или использование различных теплоносителей);
— технология предварительного разогрева бетонной смеси.

В последнем случае необходимо дополнительно учитывать положения
СП 70.13330.2012 (табл. 1), ограничивающие температуру бетонной смеси.

Также необходимо учитывать при зимнем бетонировании эффект саморазогрева бетона за счет экзотермии цемента. В этом случае для зимней бетонной смеси целесообразно переходить на бездобавочные портландцементы, нежелательно применять цементы с большим содержанием минеральных добавок, которые медленно твердеют при пониженных температурах и требуют большего расхода энергии при тепловой обработке. Одновременно с этим расход цемента должен быть увеличен. При этом переизбыток цемента и нарушения режима термообработки бетона приводят к перегреву бетона и, как следствие, образованию трещин, снижающих несущую способность конструкции.

Выбор температурно-влажностного режима выдерживания бетона в зимних условиях осуществляется на основе экономическо-технологической целесообразности (табл. 2) из нижеперечисленных методов:

— способом термоса. Следует применять при обеспечении начальной температуры уложенного бетона в интервале от 5 до 10 о С и последующем сохранении средней температуры бетона в этом интервале в течение 5-7 сут;
— с применением противоморозных добавок;
— с электротермообработкой бетона (электродный прогрев, индукционный прогрев и электрообогрев с применением различного рода электронагревательных устройств);
— с обогревом бетона горячим воздухом, в тепляках.

Для получения высокого качества железобетона необходимо строго соблюдать температурный режим прогрева, который разделяют на три стадии:

— регулируемая скорость подъема температуры;
— изотермическая выдержка, продолжительность которой зависит от вида конструкции (прогревают до получения необходимой прочности бетона). Как правило, на стадии изотермического прогрева достигается критическая прочность бетона (табл. 3);
— регулируемая скорость остывания конструкции (табл. 4) с последующим снятием опалубки с учетом разности температуры наружных слоев бетона и воздуха.

Среди методов электротермообработки выделяют электродный прогрев, индукционный прогрев, электрообогрев с применением различного рода электронагревательных устройств.

Наиболее широко применяется электродный прогрев. Нагрев бетона осуществляется теплотой, выделяемой электрическими проводами с высоким сопротивлением. Нагревательные провода, как правило, заложены непосредственно в массив монолитной железобетонной конструкции для нагрева ее изнутри. Электроды или греющие провода подключают к сети после укладки и уплотнения бетонной смеси.

Как правило, электродный прогрев следует производить до приобретения бетоном не более 50% проектной прочности. Если требуемая прочность бетона превышает эту величину, то дальнейшее выдерживание бетона следует обеспечивать методом термоса.

Для защиты бетона от высушивания при электродном прогреве и повышения однородности температурного поля в бетоне при минимальном расходе электроэнергии должна быть обеспечена надежная тепло-влагоизоляция поверхности бетона.

Следует особо обращать внимание на то, что длительность изотермического прогрева устанавливается строительной лабораторией на основе испытаний конкретных составов бетона при конкретных температурно-временных условиях. Как правило, полученные еще в СССР обобщенные зависимости не являются точными.

Суммируя практический опыт, можно констатировать, что до сих пор основными проблемами при зимнем бетонировании остаются отсутствие контроля температуры твердения бетона (соответственно, и контроля прочности в этот период) и нарушение технологии прогрева бетона в монолитных конструкциях.

Несомненно, в построечных условиях при низких температурах затруднительно организовать надлежащий контроль динамики набора прочности бетона в режиме реального времени. В связи с чем и возникает проблема установления точного времени, за которое бетон набирает заданную прочность, и когда можно прекратить прогрев. Одним из вариантов решения этого вопроса может стать разработка новой конструкции опалубки с наличием технологических отверстий, обеспечивающих возможность доступа к конструкции для проведения неразрушающего контроля до момента снятия опалубки.

Стоит особо обратить внимание на один из аспектов нарушения технологии прогрева — проблему “горящих” электродов. Довольно часто встречающееся явление наблюдается при переходе с “летних” составов бетона на “зимние”, когда в бетонную смесь вводятся новые компоненты — противоморозные добавки (ПМД). Объясняется это изменением электрофизических и теплофизических свойств бетонных смесей. Тем более, что при введении ПМД температура бетонной смеси при ее укладке в опалубку может быть снижена, что закономерно приводит к значительному росту ее электрического сопротивления. К примеру, при температуре свежеуложенного бетона 5 о С его удельное сопротивление может достигнуть 1000 Ом*м. При температуре около 0 о С его удельное электрическое сопротивление возрастает до (30-40) Ом*м, в то время как при обычных условиях эта величина составляет (4-25) Ом*м. Очевидно, что это создает проблемы в начальный период прогрева бетона, вызванные необходимостью повышать напряжение тока с последующей корректировкой. Одновременно с этим, при повышении температуры бетона при электродном прогреве происходит испарение влаги, что также приводит к росту величины удельного электрического сопротивления. В этом случае, электрический ток установленного напряжения не может преодолеть такое сопротивление, и напряжение нужно увеличивать.

Таким образом, в процессе ухода за бетоном необходимо постоянно контролировать и корректировать электрическое напряжение. Без учета изменяющихся электрофизических параметров бетона при его прогреве, может возникнуть повышенная плотность тока в приэлектродной зоне, которая приводит к “выгоранию” стали и “вскипанию” бетона в контактном слое.

Очевидно, что только лабораторным путем можно установить для бетонов конкретных составов их электрофизические параметры (электрическое сопротивление и проч.), которые будут являться расчетными для определения режима электропрогрева. Для подтверждения этого были проведены эксперименты по установлению зависимости “состав бетонной смеси — электропроводность”.

В составах бетонной смеси были использованы цементы разных производителей и различные типы добавок (и их сочетание): ST 3.0.5 (СТ 3.0.5) — комплексный суперпластификатор на основе поликарбоксилата для товарных бетонных и растворных смесей; ST Antifreeze AF (СТ Антифриз АФ) — противоморозная добавка для бетонов и растворов, обладающая эффектом ускорения твердения; ST Antifreeze AF 4 (СТ Антифриз АФ 4 )- противоморозная добавка для бетонов и растворов на основе многоатомных спиртов; ST Antifreeze AF 8 (СТ Антифриз АФ 8) — противоморозная добавка на основе комплекса солей и веществ, увеличивающих скорость гидратации; ST Antifreeze AF 8.1 (СТ Антифриз АФ 8.1) — противоморозная добавка на основе комплекса солей соляной кислоты и ингибиторов коррозии.

Для проведения исследований была изготовлена экспериментальная установка, позволяющая измерить электропроводность бетонной смеси. Она представляет собой кубическую емкость размером 20х20х20 см, куда укладывалась и уплотнялась на лабораторном вибростоле бетонная смесь (табл. 5) в объеме 7 литров. Две противоположные грани формы выполнены из металла для обеспечения токопроведения. К этим граням подсоединяли клеммы для подачи напряжения 220В; через 5 минут измерялись сила тока и температура свежеуложенного бетона. Полученные результаты приведены в таблице 5.

Результаты определения электропроводности бетонной смеси приведены на рис.1.

Очевидно, что при переходе на “зимнее” бетонирование и особенно в случае применения в бетонных смесях противоморозных добавок необходимо уточнять фактический режим электропрогрева, оперативно регулируя его на этапе подъема температуры.

Остались вопросы? Свяжитесь с нами!

Телефон: 8 (800) 555 29 32

Подпишитесь на нашу email-рассылку, чтобы не пропускать новые статьи!

Особенности проведения «мокрых» работ зимой с использованием противоморозных добавок

Ключевые нюансы использования специальных добавок при отрицательных температурах и особенности зимнего бетонирования и ведения кладочных работ.

Традиционно к «мокрым» процессам относятся все действия по возведению зданий и сооружений, которые связанны с бетонированием, ведением кладочных работ, оштукатуриванием и т.д. Один из главных компонентов необходимых для приготовления бетонных смесей и растворов непосредственно на строительной площадке — вода, которая замерзает при отрицательных температурах.

В этой части учебного курса мы расскажем о том, какие нюансы нужно учесть при проведении «мокрых» работ в зимний период и как правильно использовать противоморозные добавки.

• Какие условия при проведении мокрых работ считаются зимними.
• В чем заключаются особенности зимнего бетонирования и кладочных работ.
• Для чего нужны противоморозные добавки.
• Какие противоморозные добавки можно применять в железобетонных конструкциях.

Какие условия считаются «зимними» при бетонировании и ведении кладочных работ

Перед тем, как разобраться, какие особенности и ограничения влекут за собой отрицательные температуры при «мокрых» процессах, надо понять, что подразумевается под зимними условиями бетонирования.

Многие полагают, что зимние – это условия, при которых на улице стабильно установились отрицательные температуры, и идёт снег. На самом деле это не совсем так. В соответствии с СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции» зимние условия – это когда среднесуточная температура наружного воздуха ниже +5 °С, или минимальная суточная температура ниже 0 °С.

Т.е., как видно, понятие «зимние» условия охватывают широкий диапазон температур. Они могут возникнуть, в зависимости от региона проживания, и осенью, и ранней весной, причем, без выпадения осадков в виде снега.

Также среди начинающих застройщиков распространено убеждение, что при отрицательных температурах, а тем более, если столбик термометра падает ниже -15…-25 °С, залить фундамент или вести облицовочную кладку стен невозможно. Хотя, если посмотреть на коммерческое строительство, то работы по возведению монолитных многоэтажек и жилых многоквартирных домов ведутся круглый год, независимо от погодных условий.

Это связано с использованием особых методик бетонирования и применением специальных противоморозных добавок — химических веществ, модифицирующих бетонную смесь.

Особенности зимнего бетонирования и кладочных работ

Чтобы понять, как работают противоморозные добавки, и какие плюсы от их использования, надо представить, что происходит с бетоном или кладочным раствором, если строить зимой.

При отрицательных температурах вода, содержащаяся в бетоне или кладочном растворе, начинает замерзать. В результате образуются кристаллы льда. Причем вода при замерзании расширяется (приблизительно на 7-9%), и разрушает структуру бетона, который ещё не набрал необходимую марочную прочность. Т.е. прекращается процесс гидратации цемента, который возможен только при положительных температурах. Соответственно: бетон или раствор не твердеют, а замерзают.

Если в таком состоянии фундамент или кладка «ушли в зиму», то это приведёт к печальным последствиям. Замёрзшая вода, не успев до конца прореагировать с вяжущими компонентами смеси, с наступлением оттепели снова переходит в жидкое состояние. Хотя химический процесс взаимодействия зёрен цемента с водой продолжается, разрушенные структурные связи в бетоне при этом полностью не восстанавливаются. Помимо этого, вода, замерзая вокруг металлической арматуры (более холодной зоны при бетонировании), образует ледяную плёнку, увеличивается в объёме и под давлением отжимает цементный гель от армокаркаса.

Если при отрицательных температурах вести кладку, например, облицовочного кирпича, то смесь, из-за небольшого слоя и дополнительного, быстрого охлаждения при взаимодействии с холодным камнем, быстро замерзает. Теряется её пластичность, горизонтальные швы остаются недостаточно уплотненными. Фактически смесь скрепляется льдом.

На этом способе основан т.н. метод кладки замораживанием, когда планируется, что при оттаивании смеси весной, процесс твердения раствора продолжится. Но риски перевешивают все плюсы. При оттаивании кладочный раствор, не имеющий ещё достаточной прочности, обжимается из-за тяжести вышележащей кладки. Появляется неравномерная усадка, вплоть до потери устойчивости и дальнейшего разрушения облицовки.

Как получить качественный бетон зимой

Температура окружающей среды – один из главных факторов, влияющих на набор бетоном прочности. Считается, что оптимальные условия для набора прочности бетоном – диапазон температур от +18 °С до + 20 °С. В этом случае бетон наберёт прочность в 70% от марочной приблизительно за 10 дней, а 100% — за 28 дней. При температуре +5 °С прочность бетона нарастает примерно в 3-4 раза медленнее. Прочность в 70% от марочной он наберёт примерно за 15 дней, а 100% будет набирать значительно дольше положенных 28 суток. При понижении температуры до 0 °С твердение бетона и кладочного раствора практически прекращается, а при более низких температурах останавливается. Возникает вопрос, как обойти вышеописанные проблемы.

Существует несколько способов ведения бетонных и кладочных работ зимой. Например, связанных с обогревом строительных конструкций, применением тепловых пушек, электропрогрева свежеуложенного бетона, сооружением тепляков, использовании метода «термоса», т.н. «теплых» (подогретых) бетонных смесей. Применение антифризов не отменяет использование этих методов, но позволяет значительно сократить время набора прочности бетона, а, следовательно, сэкономить время и деньги.

Противоморозные добавки работают комплексно: снижают температуру замерзания воды, а комплексные добавки ещё и уменьшают необходимое количество воды затворения; ускоряют процесс затвердения смеси при отрицательных температурах (вплоть до -25 °С); повышают удобоукладываемость смеси и марочную прочность бетона.

Важный момент: по СП 70.13330, в составе подготовительных работ, связанных с бетонированием, следует предусмотреть мероприятия, которые предотвращают замерзание бетонной смеси при её транспортировке в миксере к месту укладки и до достижения набора критической прочности.

При этом противоморозные добавки не должны оказывать отрицательного воздействия на арматуру. Причём заливать антифризы «Свод Правил» предписывает как при использовании «тёплого» бетона и применении систем обогрева, так и при укладке «холодной» смеси.

Основной набор прочности свежеуложенной смеси происходит в первые 3-5 дней. Поэтому критически важно не допустить замораживания бетона в этот период, что и позволяют сделать противоморозные добавки. Кроме этого, комплексные антифризы экономичны в использовании и снижают расход цемента. Это позволяет сократить расходы на строительство без потери качества.

Нюансы использования противоморозных добавок

Выше уже говорилось, что СП 70.13330 регламентирует использование противоморозных добавок. Дело в том, что антифризы содержат в своём составе соли, а некоторые добавки, из-за присутствия хлоридов, могут вызвать серьёзную коррозию стальной арматуры.

Подбор компонентов добавок у каждого производителя свой, но главное, что следует помнить застройщику при покупке противоморозных добавок – что надо выбирать качественный продукт от хорошо зарекомендовавшего себя производителя. На упаковке продукта должно быть написано, что допускается применение противоморозной добавки в железобетонных конструкциях.

При неграмотном использовании противоморозных добавок в кладочных растворах, весной, на лицевой кирпичной кладке, могут появиться белые разводы (высолы). Поэтому следует строго придерживаться рекомендаций производителя и использовать дозировку антифризов в строгом соответствии с инструкцией.

Выводы: Применение противоморозных добавок обеспечивает непрерывность строительного процесса при любых внешних температурах и гарантирует качество и долгий срок эксплуатации загородного дома. Хотя отрицательные температуры приводят к росту расходов, связанных с более коротким рабочим днем, дополнительных тратах на освещение, необходимости обогрева рабочих и конструкций и т.д., зимой немного снижаются цены на строительные материалы, услуги строителей, аренду техники. Стоимость добавок в общей смете на строительство дома невелика. Поэтому, при грамотном подходе, можно привести к общему знаменателю цену на строительство зимой и цену на строительство летом.

Бетонирование зимой: способы, особенности, необходимые мероприятия

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.

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

Самые популярные производители бетона, 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 зимнем бетонировании не рекомендуется использовать замерзшие заполнители.

• 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.

Сертификат качества на бетон, который можно скачать по этой ссылке, содержит результаты тестирования бетона и основных его характеристик.

Хотите заказать бетонные работы? Узнайте тут, сколько они стоят.

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.

Соблюдение рекомендаций по зимнему бетонированию позволит избежать утраты прочностных характеристик бетонных и железобетонных конструкций, выполненных при пониженных температурах наружного воздуха.

Зимнее бетонирование

Зимнее бетонирование: актуальность проблемы

Географическое положение нашей страны и особенности её отдельных климатических зон способны вносить свои коррективы в сферу строительства в холодный период года. Естественно предположить, что затраты на строительство в зимнее время года, несколько выше, нежели в летний период или в межсезонье, а проведение работ связано с различного рода проблемами и сложностями. Одним из важных этапов строительных работ является и зимнее бетонирование, которое имеет свои особенности и осуществляется с использованием современных методов.

Стоит понимать, что развитие строительных технологий не стоит на месте: появляются новые способы бетонирования, используются инновационные материалы, способные воспрепятствовать изменению состава или эксплуатационных характеристик затвердевшего раствора. Настоящее время таково, что сегодня наших соотечественников практически нельзя застать врасплох, поставив перед ними задачу строительства и, в частности, зимнего бетонирования. В связи с этим утверждением о том, что строить зимой нельзя, постепенно утратило свою актуальность.

И все же стоит отметить, что бетонирование при отрицательных температурах – это головная боль многих рабочих и руководителей строительных организаций. Чтобы этот процесс был оправданным на 100%, необходимо обеспечить наиболее рациональный метод зимнего бетонирования, осуществить контроль за техническими характеристиками раствора, а также создать наиболее благоприятные для осуществления работ по зимнему бетонированию условия и при этом приобретать бетон только на производстве, которое специализируется на изготовлении раствора, пригодного для бетонирования зимой. Обеспечение комплексного подхода – мера, которой не стоит пренебрегать при строительстве зданий и сооружений в зимнее время года.

Об особенностях зимнего бетонирования

Бетонирование в зимнее время сопряжено с определенными особенностями. Стоит понимать, что скорость затвердения бетона при отрицательных температурах значительно снижается, поэтому перед разведением добавки и воду для будущего раствора необходимо подогревать. Температура воды и компонентов бетона в момент загрузки в бетономешалку должна быть такой, чтобы обеспечить получение заданного температурного режима при выходе полученного раствора из бетономешалки.

Принимайте в расчет и тот факт, что нормальной для затвердения бетона температурой считаются показатели в +15 +20 градусов по Цельсию. Если температура снижена, отвердение раствора замедляется, а при нуле градусов по Цельсию и вовсе прекращается. Исправить ситуацию могут специальные противоморозные добавки в бетон, которые позволяют использовать раствор даже при отрицательных температурах.

Самое пристальное внимание стоит уделять и качеству бетона. Выбор необходимо делать в пользу компаний-производителей, которые достаточно долго работают на рынке и имеют опыт производства растворов, применение которых будет обусловлено в холодное время года.

Необходимо также обеспечивать продолжительность смешивания бетонных растворов. Бетонирование в зимних условиях должно занимать на 25% больше времени, чем летом.

Для изготовления раствора необходимо использовать только качественные компоненты. Важно, чтобы в зимнее время года компонентами раствора становились либо чисто цементные смеси, либо смеси с использованием цемента и небольшим количеством извести: чисто известковые растворы, используемые в летнее время и в межсезонье, для зимнего бетонирования абсолютно не пригодны.

Способы зимнего бетонирования

Для того чтобы обеспечить высококачественное бетонирование при отрицательных температурах, необходимо соблюдать определенный тепловой режим, который может быть создан с использованием некоторых методов.

Один из них – метод термоса. Сущность этого способа зимнего бетонирования заключается в том, чтобы бетон, застывая при нуле градусов и ниже, смог набрать необходимые показатели прочности. Учитывая это, необходимо назначить толщину и вид утеплителя. Для этого теплая бетонная смесь укладывается в утепленную опалубку, а открытые поверхности накрывают. В результате метод термоса позволяет приготовленному раствору постепенно затвердевать и набирать критическую прочность. Стоит также отметить, что метод термоса преимущественно используется для зимнего бетонирования массивных конструкций.

Ещё один способ бетонирования при отрицательных температурах – это электропрогрев бетона. Разогрев смеси специалисты могут осуществлять непосредственно на строительной площадке с использованием электродов, которые погружаются в раствор. При применении этого метода стоит учитывать, что бетон под действием разогрева может терять свою подвижность. Чтобы сохранить свойства раствора, стоит вводить в его состав пластификаторы.

Разогрев бетонного раствора могут проводить в бадьях, где бетон готовится. Бадьи дополнительно оснащаются электродами, а также термометрами, чтобы контролировать температуру прогрева. Кроме того, электропрогрев бетона может осуществляться непосредственно в кузове автосамосвала, для чего туда погружают пакет электродов, или в автобетономешалках, где в чашах уже могут быть установлены стержни-электроды, по которым проводится электрический ток.

Электропрогрев смеси также может осуществляться в специальных конструкциях. Этот способ бетонирования основан на использовании выделяемой теплоты при прохождении через раствор электрического тока. В зависимости от расположения электродных стержней подогрев бывает сквозным (когда электроды располагаются по всему сечению) или периферийным (стержни размещаются по наружной поверхности). Используя этот метод, необходимо предупредить отложение солей, для чего применяется переменный ток. Если предполагается бетонирование длинномерных конструкций, для электропрогрева бетона используются струнные электроды, изготовляющиеся преимущественно из гладкой арматуры толщиной 4-6 миллиметров.

Бетонирование в термоактивной опалубке – ещё один эффективный способ зимнего бетонирования. Термоактивной опалубкой в данном случае стоит назвать специальные многослойные щиты, которые изготовляются со специальными нагревательными элементами. Теплота для подогрева бетона передается через палубу такого щита верхнему слою изготовляемой конструкции, а затем постепенно распространяется и на всю конструкцию. Правда, в этом случае прогревают только небольшие конструкции с тонкими стенами. Главное при использовании данного метода – равномерно распределить температуру по всей поверхности опалубки щита. При этом в качестве нагревательных приспособлений чаще всего используют ТЭНы.

Другим современным методом стоит считать и обогрев бетона инфракрасными лучами, источником которых могут выступать ТЭНы различной мощности и рабочего напряжения. Чтобы создать направленный поток, дополнительно используют отражатели параболического, сферического и трапециидального типов. Обогрев в данном случае может осуществляться с двух сторон, для чего используют отражатели коробчатого типа; возможен также односторонний обогрев с использованием излучателей сферического типа.

Зимнее бетонирование: контроль технических характеристик материала

Для того чтобы зимнее бетонирование в холодных условиях отличалось эффективностью, необходимо обеспечить постоянное осуществление контроля за характеристиками прочности раствора, а также за температурой, в которой происходит отвердение бетона. Стоит понимать важность такой работы, которую, кстати, должны выполнять высококвалифицированные специалисты, знающие о тонкостях прогрева бетона и понимающие, каким должно быть его поведение при затвердевании в холодное время года.

Также нужно обеспечить соблюдение всех требований и норм при зимнем бетонировании и исключить отклонение режимов выдерживания бетона от принятых стандартов. Важно и то, чтобы квалифицированный специалист применял свой опыт и знания для поиска верных решений даже при негативно складывающейся ситуации.

Основной вид контроля за отвердением бетона — измерение температур в различных точках конструкции. Для сравнения и обеспечения качественного бетонирования зимой используются не только опыт и знания профессионалов, но также таблицы и графики, которые обеспечивают точность расчетов и повышают прогноз поведения бетонного раствора при отрицательных температурах.

Важно обеспечивать определенную автоматизацию зимнего бетонирования на стадии контроля за температурным режимом и прочностью конструкции, что возможно за счет использования специальных программ и приборов.

Как избежать ошибок в зимнем бетонировании?

Если вы хотите в бетонировании в зимних условиях избежать ошибок, таких, как:
— увеличение времени, необходимого для отделки поверхности бетона;
— увеличение денежных затрат на бетонирование;
— слабая пылящая поверхность;
— образование трещин,
вам необходимо придерживаться следующих рекомендаций в процессе приготовления и использования бетонного раствора.
1. Температура бетонной смеси должна составлять не более тринадцати градусов тепла при толщине конструкции до 30 сантиметров. Если температура будет выше, это потребует большего количества воды, что в дальнейшем приведет к образованию трещин в конструкции;
2. Не допускайте чрезмерного увеличения времени и замедления набора прочности бетонного раствора, поскольку это приведет к задержкам многих строительных операций. Для решения этой проблемы используйте противоморозные добавки в бетон, которые ускоряют время застывания. Имейте в виду, что вы должны исключить применение тех добавок, которые в своем составе имеют хлориды, приводящие в дальнейшем к коррозии арматуры, к обесцвечиванию участков конструкции, к снижению мер по защите бетона.
3. Уделяйте внимание подготовке поверхности, которая будет подвергаться зимнему бетонированию. Необходимо обеспечить своевременное удаление с поверхности льда, снега. Для размораживания не используйте хлориды кальция, поскольку в дальнейшем это отрицательно может сказаться на прочности бетона и иных его эксплуатационных характеристиках. Следите также затем, чтобы температура всех поверхностей, на которые будет укладываться бетонный раствор, была выше точки замерзания.
4. Выдерживайте промежуток времени от производства смеси до укладки её на основание – он должен быть минимальным, чтобы свести к минимуму падение температуры приготовленной смеси.
5. После укладки раствора необходимо обеспечить защиту поверхности, которая будет предупреждать от замерзания и от чрезмерно быстрого высыхания. Для этого вы можете использовать полиэтиленовую пленку или специальную обработку жидким силером.

Подведем итоги

Если вы хотите быть уверенным в том, что в зимнем бетонировании используете только качественный раствор, если у вас есть потребность в заказе больших объемов раствора в зимнее время года, знайте: материал необходимо приобретать только с бетонного завода.

Практика показывает: у тех строительных организаций, руководители которых отдают предпочтение бетону, изготовленному на заводе, чей опыт производства и технологии изготовления материала не вызывают нарекания, не возникает проблем с процессом зимнего бетонирования, какой бы низкой ни была температура. Обращайтесь за помощью только в те организации, где вам предлагают не просто приобрести раствор, подходящий для бетонирования при отрицательных температурах, но и обеспечивают своевременную доставку материала в специальных автобетономешалках, которые поддерживают высокую температуру бетона и предупреждают его ранее отвердение.

В ВОЗРАСТЕ 1 СУТОК — 30-50% ПРОЧНОСТИ
УВЕЛИЧИВАЕТ ПОДВИЖНОСТЬ С П1 ДО П5
СНИЖАЕТ РАСХОД ВОДЫ НА 10-15%
ПОВЫШАЕТ ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА НА 1-2 КЛАССА
РАБОТАЕТ ДО -25ГР. ЦЕЛЬСИЯ
УВЕЛИЧИВАЕТ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТЬ
УСТРАНЯЕТ ВОДООТДЕЛЕНИЕ

Особенности зимнего бетонирования

При широком применении бетона люди сталкиваются с одной существенной проблемой — зимнее бетонирование. Сегодня основным строительным материалом считается именно бетон, который используется при возведении любого сооружения.

Температура бетонного раствора должна быть не ниже 5° С при заливке монолитных конструкций, и не ниже 20° С — для тонкого бетона.

В южных районах можно приостановить работы в холод, а вот как быть в местах, где минусовые температуры держатся длительный период? Зимнее бетонирование — это вполне реальный процесс строительства, который неоднократно проверен на практике и нормируется рядом документов.

Особенности строительства в зимний период

Главная особенность зимнего периода — низкая температура, которая оказывает существенное влияние на свойства бетона. Основной процесс формирования бетонной структуры — гидратация цемента. Повышение температуры играет роль катализатора в этом процессе и обеспечивает ускорение оформления окончательной структуры (набора прочности).

Нарастание прочности бетона с противоморозными добавками.

Расчеты прочностных свойств основаны на оптимальной температуре около 18-20° С, при которой бетон набирает свою планируемую прочность через 28 дней после заливки.

Снижение температуры замедляет процесс гидратации цемента, и при температуре укладываемого раствора в 5° С бетон достигает через 4 недели только 70% необходимой прочности. При температуре ниже 0° С гидратация останавливается из-за замерзания воды, без которой этот процесс невозможен. Таким образом, надо сделать следующий вывод: при температурах бетона менее 10° С заметно удлиняется период набора прочности материала, что необходимо учитывать при строительстве при минусовых температурах (замерзание воды) процесс упрочнения прекращается.

Требования к зимнему бетонированию

Установлено, что температура бетонного раствора в момент заливки не должна быть ниже 5° С для монолитных конструкций, ниже 20° С — для тонких слоев бетона. В процессе гидратации цемента внутри смеси выделяется тепло, но его хватает для того, чтобы снизить температуру замерзания воды только на 2-3° С (сравнение с окружающим воздухом).

Технически сложные способы зимнего бетонирования.

Помимо этого, сам раствор после смешения должен иметь температуру не ниже 20° С (желательно 30° С), иначе теряется его пластичность, укладка станет большой проблемой. Уплотнение холодной массы не достигнет нужного эффекта — появятся зоны недостаточного уплотнения смеси.

Вышеуказанные условия, необходимые для формирования качественной структуры, вызывают необходимость применения специальных мер при укладке бетона в зимний период. Технология должна обеспечивать или прогрев раствора и поддержание нужной температуры, или введение добавок, которые способны понизить температуру замерзания воды, ускорить процесс упрочнения бетона при низких температурах и повысить пластичность раствора в холодное время.

Способы зимнего бетонирования

В зимнее время раствор бетонируется 4 основными способами, способными удовлетворить предъявляемые требования, или (чаще всего) сочетанием таких способов. К ним относятся:

1. Разогрев бетонного раствора при смешении и укладке.
2. Введение специальных добавок противоморозной направленности.
3. Обеспечение термосного эффекта.
4. Длительный прогрев бетона во время твердения.

Разогрев раствора может производиться разными методами. Наиболее распространены разогрев паром, прогрев потоком воздуха (конверторный метод), индукционный разогрев, нагрев при помощи инфракрасного излучения, прямой электрический нагрев.

Инструменты для зимнего бетонирования.

Длительный прогрев осуществляется в специальных опалубках, где размещены нагревательные элементы, обеспечивает принудительное нагревание бетона в процессе его твердения до температуры не ниже 5-10° С. Термосный эффект достигается сохранением тепла, выделяемого при гидратации цемента или другой реакции при введении добавки, за счет обеспечения хорошей теплоизоляции бетонной конструкции после заливки.

При зимнем бетонировании потребуются следующие инструменты:

• миксер строительный;
• лопата;
• весы;
• мастерок;
• шпатель;
• термометр;
• болгарка;
• электродрель;
• молоток;
• плоскогубцы;
• отвертка;
• отвес;
• уровень;
• рулетка;
• молоток;
• лом;
• терка;
• кельма.

Специальные добавки в бетон

Зимнее бетонирование расширяет свои возможности при введении противоморозных добавок. Такие бетонные смеси без подогрева можно использовать при температуре 0-5° С. Самой распространенной противоморозной добавкой являются поташ и нитрат натрия. Количество вводимой добавки зависит от условий твердения бетона:

• при температуре воздуха до -5° С потребуется 5-6% указанных добавок;
• при температуре до -10° С — 6-8%;
• при -15° С — 8-10%.

Способы и средства выдерживания бетона при зимнем бетонировании.

Если твердение массы проходит при большем морозе, то нитрат натрия не применяется, а количество поташа увеличивается до 12-15%. Помимо этих веществ, можно использовать мочевину или смесь нитрата кальция с мочевиной.

Эффект повышения морозостойкости усиливается при одновременном добавлении ускорителей твердения массы. К наиболее распространенным можно отнести формиат натрия, асол-К, смесь на основе ацетилацетона и некоторые другие. В качестве стандартных противоморозных добавок с дополнительными пластифицирующими и ускоряющими свойствами можно рекомендовать:

• гидробетон С-3М-15;
• гидрозим;
• лигнопан;
• победит-антимороз;
• бетонсан;
• сементол.

Наиболее экономичной добавкой для самодельных смесей является аммиачная вода.

Использование термосного эффекта

Бетонирование в зимних условиях с использованием термосного эффекта заключается в увеличении времени остывания бетонной конструкции на период, достаточный для набора нужной прочности. Главная задача — сохранить тепло раствора, обеспеченного при его приготовлении, и тепло, выделяющееся при гидратации цемента.

Метод электропрогрева бетона для зимней кладки.

Способ термоса обычно используется совместно с введением добавок, ускоряющих застывание массы и снижающих температуру замерзания воды. В качестве таких добавок применяются хлористые кальций и натрий или нитрит натрия в количестве до 5% от веса цемента.

Сам «термос» монтируется в виде утепленной опалубки, стенки которой покрываются теплоизоляционными материалами в несколько слоев. Хорошими теплоизоляторами являются пенополистирол и минеральная вата. Термосные стенки изготавливаются в следующем порядке: на опалубку крепится слой гидроизоляции (полиэтиленовая пленка), поверх — теплоизоляция, сверху — еще один слой гидроизоляции. Сверху бетонная конструкция также надежно укрывается аналогичными слоями изоляции. Термосный эффект наиболее заметен в монолитных конструкциях со значительным объемом бетона и может использоваться до температуры -5° С.

Электрический разогрев

Бетонные работы зимой можно проводить при предварительном электрическом разогреве раствора. Технология способа основана на нагреве с помощью электродов, опущенных в бетонный состав. Обычно применяются электроды пластинчатого типа на напряжение в 380 В, при этом емкость должна быть заземлена.

В результате разогрева массы раствор может потерять свои эластические свойства, поэтому рекомендуется вводить пластифицирующие добавки. Прогрев смеси можно проводить и в барабане бетономешалки с применением электродов в виде стержней. Прогрев производится с таким учетом, чтобы укладываемый раствор имел температуру 30-40° С.

Электрический метод можно использовать для разогрева раствора во время заливки опалубки. Применение находят два способа: периферийный нагрев (плоские электроды размещаются по поверхности бетонного элемента) и сквозной разогрев (стержневые электроды пропущены через толщу бетона и опалубку). В последнем случае следует исключить контакт электродов с арматурой бетонной конструкции.

Инфракрасный нагрев

Технология зимнего бетонирования может быть основана на разогреве массы с помощью инфракрасных лучей. Источником их служат стандартные нагреватели мощностью до 1.2 кВт на напряжение 220 или 380 В и керамические стержневые излучатели диаметром до 50 мм. Излучение направляется отражателями параболического или сферического типа. Такие устройства используются в скользящей опалубке, когда обогрев можно обеспечить с обеих сторон. Излучатели закрепляются к опалубке, а бетонная конструкция прикрывается брезентовым щитом. При кладке стен в щитовой и объемно-переставной опалубках находит использование нагрев с одной стороны с помощью излучателя сферического вида. С целью повышения поглощения тепла щиты опалубки целесообразно покрыть черным ла­ком. Температура разогрева может достигать 80° С.

Опалубки с подогревом

Качественные бетонные работы зимой можно проводить при обеспечении твердения бетона (при разогреве) за счет использования нагреваемых опалубок. Для этого стенки опалубки выполняются многослойными, а между слоями закрепляются нагревательные элементы. Сверху на опалубке монтируется теплоизоляционный экран. Таким методом можно обеспечивать длительный прогрев не очень массивных бетонных конструкций. В качестве нагревателей обычно применяются трубчатые ТЭНы. Прогрев следует равномерно распределять по площади бетона.

Современные составы для противоморозных добавок в бетонные смеси и различные способы разогрева массы позволяют проводить бетонные работы в зимнее время. Контроль за исключением замерзания воды обеспечит надлежащее качество и достижение нужной прочности бетонной конструкции.