Особенности заливки бетона при минусовой температуре без прогрева

Температура бетона — очень важный момент. Температура бетонной смеси должна быть в пределах от +5⁰С до +30⁰С. При температуре +5⁰С процесс твердения бетона сильно замедляется. Замедляется и первая фаза – схватывание, и последующий набор прочности. Если среднесуточная температура бетона +5⁰С, то нужно вдвое больше времени, чтобы бетон набрал такую же прочность, как при +20⁰С.

При температуре близкой к 0⁰С, бетон практически перестает набирать прочность, а если замерзнет свежий бетон, то могут произойти невозвратимые структурные разрушения. Реакция гидратации идет долго, вода не сразу вся реагирует с цементом, и несвязанная вода при замерзании образует в бетоне поры и капилляры. Замерзшая в этих капиллярах вода увеличивает свой объем до 9% и разрушает бетон, разрывая кристаллическим льдом связи цементного камня с зернами заполнителя. Результатом будет сильное снижение прочности бетона после оттаивания, этот бетон уже никогда не наберет марочную прочность.

При какой температуре заливать бетон

Одним из важных критериев набора бетоном требуемой прочности (прочность на сжатие) является температура его твердения. Несоблюдения температурного режима на строительной площадке может вылиться в значительное увеличение сроков сдачи объекта или, что значительно хуже, в изъяны будущей конструкции.
Именно поэтому еще на этапе планирования монолитных работ необходимо четко уяснить, при какой температуре заливают бетон.

За эталонные условия, при которых бетон набирает максимальную (марочную) прочность за 28 суток принято считать +20°C. Этот показатель обозначается R28 и принимается равным единице при данных условиях.

В других ситуациях прочность принимает дробное значение. Так 0,3 R28 означает 30% проектной прочности.

Прочность бетона от температуры и времени

Время твердения бетона, сутОтносительная прочность бетона при температуре твердения

Данные в таблице приведены для лабораторных условий и марок цементов, имеющих нормальную скорость твердения. В реальных же условиях и температура меняется в значительных диапазонах, и раствор может иметь разные характеристики. Поэтому рекомендуется немного увеличивать сроки выдерживания.

Заливка бетона при низких и высоких температурах

Основной совет, который можно дать людям, которые строят что-то своими руками, не прибегая к профессиональной помощи и технике, это заливать бетон летом при температурах выше 10°C (в крайнем случае – выше 5°C). Тогда бетон затвердеет в нужной степени за достаточно короткий срок.

Если же температура за время выдерживания может опуститься ниже 5°C, то следует подумать о технологиях прогрева бетона или сохранения выделяемого им тепла. Особенно это актуально в первые дни, когда происходит схватывание. Если в это время вода в растворе кристализуется, то лед попросту разорвет образовавшиеся связи цемента с наполнителем и конечное изделие получится крайне хрупким.

С другой стороны при температурах выше 30°C возникает проблема чрезмерного испарения влаги из тела бетона, что также негативно сказывается на его качестве. В этом случае залитый бетон необходимо накрывать защитной пленкой и периодически поливать его поверхность водой.

Для измерения температуры можно использовать бесконтактный термометр (пирометр), например, такой, как на видео:

Распалубку бетона можно проводить при достижении прочности в районе 50%, то есть на третий день при температуре воздуха 20°C. При достижении им 60-70% допускается производить частичную нагрузку конструкции.

Преимущества зимнего фундамента

Постоянное изменение климатических условий привело к тому, что «зимние» условия строительства могут наступить даже в сентябре. Это связано с тем, что внезапные заморозки и последующая оттепель вносят свои поправки в технологию заливки бетона, используемую специалистами. Стоит отметить, что снега может и не быть, но в северных регионах страны, где тёплых дней очень мало, среднегодовая температура не превышает +5 ˚ С. Именно поэтому были разработаны инновационные технологии возведения фундамента, которые призваны продлить строительный сезон.

Теперь залить качественный бетон можно даже при температуре -25 ˚ С. Это существенно ускоряет строительство новых зданий, так как уже с приходом первых весенних дней можно смело приступать к возведению стен. Если же дом будет построен из дерева, тогда его строительство может быть продолжено — независимо от температуры.

Есть ли минимальные и максимальные ограничения для проведения работ

Иногда обстоятельства складываются так, что работы необходимо проводить жарким летом или в мороз зимой. Существуют температурные показатели, за которые нельзя выходить.

Минимальная температура застывания бетона, при которой можно заливать раствор без добавления присадок и дополнительного подогрева составляет +5°C.

Минимальная температура, при которой заливают бетон без присадок -3°C (при этом температура раствора должна поддерживаться на уровне +10°C не менее трех дней).

Различные добавки и методы подогрева раствора или арматуры позволяют проводить заливку бетона при минусовой температуре.

Максимальная температура для работы с бетоном: +25°C. При более жаркой погоде работы проводят в разы быстрее, так как схватывание бетона происходит за меньшее время. Залитую поверхность дополнительно увлажняют каждые 2-3 часа.

Почему цемент не застывает

Вода, которая входит в состав раствора, при отрицательных температурах, кристаллизуется и замерзает. Кристаллы льда при этом, разрушают структуру цементной массы, она трескается. разрывается. На языке специалистов — происходит остановка гидратации цемента. Как следствие — низкая прочность бетона, высокая пористость, потеря качества и целостности.

Если в течении суток ожидаемая температура воздуха ниже – 5 градусов, застывание раствора будет полностью прекращено.

Время и средства при этом будут утеряны.

Как залить бетон зимой при низких температурах

Иногда строительные работы выполняют зимой. Например, при возведении здания на сыпучих грунтах. Заливка бетона зимой дешевле из-за уменьшения цены на работы и материалы. Минус работы в мороз – большой период застывания. Кроме добавления присадок, есть методы физического обогрева смеси или конструкции.

Метод термоса

Данный метод используется при массивных конструкциях. Он не требует дополнительного обогрева, но температура укладываемой смеси должна быть более +10С. Суть данного метода состоит в том, чтобы уложенная смесь, остывая, успела набрать критическую прочность. Химическая реакция твердения бетона является экзотермической, т.е. выделяется тепло. Поэтому, бетонная смесь подогревает сама себя. При отсутствии теплопотерь бетон может разогреться до температуры более 70С. Если опалубку и открытые поверхности защитить теплоизолирующим материалом, снизив таким образом теплопотери твердеющего бетона, вода не замерзнет и бетонная конструкция будет набирать прочность.

Для реализации метода термоса не требуется дополнительного оборудования, поэтому он является экономичным и простым.

Электронагрев бетонной смеси

Этот метод позволяет прогреть смесь равномерно, при этом повышаются его прочность, увеличивается срок эксплуатации.

Метод основан на способности цемента проводить электричество. Электроды монтируют внутри раствора и на поверхности, от трансформатора подается напряжение. Параметры зависят от марки цемента, температуры воздуха, объема и формы конструкции.

Виды электродов для обогрева:

1. Полосовые. Используют для нагрева горизонтальных конструкций. Представляют собой металлические полосы шириной до 5 см.
2. Стержневые. Отрезки арматуры диаметром до 12 мм устанавливают рядами. Расстояние между стержнями определяют на практике.
3. Струнные. Используют для вертикальных конструкций, представляют собой арматуру диаметром до 15 мм и длиной до 3 м.

Электроды размещают в залитом растворе по схеме: не ближе 3 см к опалубке, не ближе 10 см к технологическому шву, расстояние между стержнями электродов и стержнями каркасной арматуры – 5-15 см, минимальное расстояние между рабочими элементами – 20 см.

Обязательное условие электронагрева смеси – дополнительная теплоизоляция.

Электроды подключаются к генератору, подающему переменный ток. Постоянный ток при прогреве использовать нельзя, так как он провоцирует электролиз, и молекулы воды разрушаются, гидратации цемента не происходит.

Не рекомендуется использовать сварочный аппарат для подогрева, так как он может быстро выйти из строя.

Метод электроподогрева имеет ряд минусов:

• Большие затраты на расходные материалы (электроды остаются в монолите).
• Большие затраты на электроэнергию (порядка 1000 кВ на 3-5 м3 раствора).
• Необходимость проведения дополнительных расчетов.

Паропрогрев бетона

Прогрев бетона паром является весьма эффективным и рекомендуется для тонкостенных конструкций. С внутренней стороны опалубки создаются каналы, через которые пропускают пар. Можно сделать двойную опалубку и пропускать пар между её стенками. Так же можно проложить трубы внутри бетона, и пропускать пар по ним. Бетон этим способом нагревают до 50 – 80С. Такая температура и благоприятная влажность ускоряет твердение бетона в несколько раз. Например, за двое суток, при данном методе, бетон набирает такую же прочность как при недельном твердении в нормальных условиях.

Но у этого метода есть существенный недостаток. Требуются внушительные затраты на его организацию.

Способы залить бетон без прогрева

Самое простое решение застраховаться от порчи бетона, залитого зимой, заключается в выборе сухого цемента более высокой марки. Также избежать негативных последствий можно за счёт добавки в раствор большего количества главного компонента.

Для приготовления бетона, который будет залит в холодное время года, лучше использовать цемент марки М-400 или М-500

Другой способ решить проблему — сделать жидкий бетон не только из обычных компонентов. С помощью различных добавок и пластификаторов можно придать цементу особые свойства. Например, они могут превратить бетон в состав, который затвердевает гораздо быстрее, чем нужно. Эти добавки принято вводить в воду, а затем уже в цемент.

Таблица: добавки для ускорения затвердения бетона

Вывод

Бетонирование при минимальных температурах имеет ряд особенностей и требует особого подхода к выполнению работ. Самое главное – не допустить цикл замораживания и размораживания раствора. Но, в то же время, если выполнить операцию правильно, то в итоге вы получите более прочный материал, чем при заливке в нормальных условиях (см.также статью «Перегородки из газобетона – основные нюансы возведения»).

Из видео в этой статье вы можно получить некоторую дополнительную информацию по данной теме.

Специальные противоморозные добавки для раствора

С целью повышения морозостойкости применяют специальные химические компоненты. Они дают возможность проводить работы до температуры -25°C.

Присадки – повышают гидратацию в условиях заморозков. Ускоряют схватывание и затвердевание в комплексе с дополнительным обогревом бетона.

Антифризы – составы, увеличивающие схватывающие свойства раствора при любых условиях работы. Добавки разделяют по основному действующему веществу, входящему в состав:

1. Формиат натрия. Увеличивает скопление солей в монолите, используется только вместе с пластификаторами.
2. Хлорид натрия. Провоцирует коррозию арматуры, препятствует быстрому загустению раствора. Подходит для смесей на основе портландцемента.
3. Нитрит натрия. Не используют для глиноземных смесей. Работа с раствором становится возможна до -15°C.
4. Карбонат кальция (поташ). Увеличивает диапазон температур для работы до -30о.

Пластификаторы – повышают плотность смеси, сокращая затраты на цемент и воду. Время работы с бетоном с этими добавками значительно больше, что позволяет не торопиться при укладке.

Ускоритель затвердевания – сокращают время работы, увеличивают прочность готовых монолитов, но уменьшают пластичность бетона.

Комплексные добавки – совмещают несколько способов улучшения морозостойких качеств.

Нюансы использования добавок:

1. Учитывают условия эксплуатации бетонной конструкции. Например, если монолит будет подвергаться интенсивному воздействию газа, в состав бетонного раствора не должны входить добавки, полученные в результате реакции кальция и соляной кислоты.
2. Самостоятельно смешивать присадки для улучшения разных свойств раствора не рекомендуется. Входящие в состав химические элементы могут негативно взаимодействовать друг с другом. Лучше использовать готовые комплексные присадки.
3. Наличие выпускных и закладных элементов подразумевает использование антифриза. Он добавляется в раствор на этапе замешивания.

Бетонные работы зимой – особенности выполнения

Сложно назвать зимние месяцы благоприятным периодом для бетонирования монолитных конструкций, заливки фундаментов и формирования буронабивных опор. Это связано с кристаллизацией воды. Она затрудняет процесс гидратации, в результате которого формируются прочные связи на молекулярном уровне. При расширении воды в результате кристаллизации возрастает пористость, снижаются прочностные характеристики, происходит растрескивание массива.

Чтобы зимний бетон был крепким, необходимр создать условия или присадки для его вызревания

После бетонирования происходят следующие процессы:

• схватывание. Продолжительность данной стадии составляет не более 24 часов, на протяжении которых осуществляется переход из жидкого состояния в твердую фазу. Прочностные характеристики при этом довольно низкие;
• твердение. Это длительный процесс, в результате которого на протяжении месяца приобретаются эксплуатационные характеристики. Они зависят от марки раствора, введенных модификаторов, а также окружающей температуры.

Процесс гидратации при нормальном протекании процесса твердения проходит следующим образом:

• образуется на поверхности тонкий слой натриевого гидросиликата;
• цементные зерна постепенно поглощают воду, связывая все компоненты смеси;
• внешние слои массива стают более плотными при испарении из раствора воды;
• процесс твердения постепенно переходит в глубину массива;
• концентрация влаги снижается до достижения эксплуатационной прочности.

Прежде всего, необходимо правильно выбрать цемент для зимнего бетонирования фундамента

При бетонировании зимой применяют различные методы, позволяющие изменить порог замерзания и сократить продолжительность схватывания:

• вводят модифицирующие добавки, снижающие порог кристаллизации. Специалисты индивидуально определяют, сколько соли в бетон зимой необходимо вводить, а также в каких пропорциях добавлять модификаторы;
• нагревают раствор, используя различные способы. Выбор оптимального варианта разогрева бетонного раствора осуществляется в зависимости от специфики работ и уровня затрат на реализацию выбранного способа;
• применяют в составе бетонного раствора портландцемент более высоких марок. Такой цемент достигает необходимой для эксплуатации прочности за более короткое время и интенсивно поглощает влагу.

Остановимся детально на нюансах заливки бетона в зимнее время.

Показатели морозостойкости различных марок бетона

Чтобы выяснить, до какой самой низкой минусовой температуры на улице можно строить фундамент и заливать бетон, необходимо разобраться в его морозостойкости. Данная характеристика влияет на количество циклов заморозки и оттаивания смеси без потери ею не более 5 % прочности.

ГОСТом 10060-2012 регламентированы 5 групп морозостойкости производимых марок бетона:

• F50 – низкая устойчивость к замерзанию свойственна смесям М100 и М150, поэтому их применяют для внутренних работ;
• F100 – марки бетона М200 и М250 отличаются нормальной устойчивостью, но подходят только для строительства домов в теплом или умеренном климате;
• F150-300 – составы с маркировкой М300, М350 и М400 актуальны при постоянных низких температурах и на почвах с большой глубиной промерзания;
• F300-500 – такой показатель морозустойчивости у марок М450, М500, М550 и М600, рекомендованных для работ в условиях северных областей.

Важно! Составы F500-1000 не используются для частного строительства, они подходят только для промышленных зданий, исследовательских и военных комплексов.

Физико-химические процессы в бетоне

Твердение бетонного камня происходит вследствие химического взаимодействия его компонентов.

Бетон представляет собой смесь из четырех основных компонентов, которые обеспечивают ему необходимые характеристики. Назначение и участие каждого из этих компонентов в тех или иных процессах рассмотрены в таблице:

Как видим, основные компоненты, обеспечивающие протекание реакции твердения (гидратации) — это вода и цемент.

Реакция взаимодействия воды и цемента протекает с выделением тепла.

Основой образования бетонного камня является реакция гидратации цемента, при которой сначала образуется цементное молоко, которое затем достаточно быстро схватывается и образует монолитную камнеподобную структуру. Песок и щебень здесь нужны для обеспечения физических процессов внутри смеси, связанных с перераспределением нагрузок и внутренних напряжений.

Бетон, приготовленный своими руками, твердеет по такому же принципу.

Как работать во время осадков

Главные требования к проводимым работам по заливке фундамента в дождь:

1. Содержание в растворе цементов М400, М500 и М600, созданных для работ при контакте с влагой.
2. Правильно подобранный способ укладки бетона. Необычная форма основания или его заглубление предполагает использование специальной техники, не допускающей образования пустот и вытесняющей лишнюю жидкость.
3. Использование гидроизоляции, которую можно снять не раньше двух-трёх дней.

Современный рынок предлагает широкий ассортимент строительных смесей с различными параметрами. Выпускаются быстро застывающие и долго застывающие составы, а также бетон с противоморозными добавками. Но заливка фундамента в экстремальных погодных условиях — это риск, который всегда нужно учитывать. При низкой температуре в основании могут образоваться трещины, а при осадках — размывание. Всё это может негативно сказаться на прочности конструкций.

Бетонирование в условиях сухого жаркого климата

В случае, когда температура воздуха выше +25⁰С, а относительная влажность менее 50%, следует:

Применять для приготовления бетонной смеси цементы с марочной прочностью, превышающей требуемую прочность бетона не меньше, чем в полтора раза, а также пластифицированные быстротвердеющие цементы (требуют ускорения технологического процесса). Для повышения удобоукладываемости смеси возможно вводить модификаторы.

1. Также возможный вариант – замедлять схватывание и твердение бетона введением добавок — замедлителей.
2. Бетонировать во время суток с самой низкой температурой воздуха или ночью, днем закрывать бетон от солнца.
3. Возможно охлаждение бетона льдом. Нельзя допускать, чтобы температура бетонной смеси повышалась больше +35⁰С.
4. Если вследствие усадки бетона произошло поверхностное растрескивание, возможно вибрировать смесь или простучать опалубку, но не позже, чем через 30-45 мин после завершения бетонирования.
5. Свежеуложенный бетон нужно закрывать от солнца и ветра, чтобы как можно больше уменьшить обезвоживание. Бетон нужно прикрыть материалом, удерживающим влагу, и постоянно его увлажнять, возможно установить газонный распылитель. До схватывания бетон поливать нельзя. После того, как бетон схватится, нужно организовать постоянный полив, периодически поливать и оставлять бетон сохнуть недопустимо. Поливают водой и бетон, и все доступные поверхности опалубки.
6. От солнца можно закрывать бетон по слою увлажненного материала (геотекстиля, дорнита, мешковины и т.д.) сверху отражающими фольгированными покрытиями.

Чем больше массив бетонной конструкции (и меньше модуль охлаждаемой поверхности, измеряемый отношением площадь/объем), тем с более сильной экзотермией проходит гидратация. При габаритах конструкций более 75 см минимального сечения бетон может перегреться и при температуре в +20⁰С, и для предотвращения усадочных трещин меры по охлаждению бетона нужно принимать в том же порядке. Строительные нормы регламентируют для конструкций с модулем поверхности меньше 3 держать верхний предел температуры бетонной смеси не более +25⁰С. Измеряют температуру бетонной смеси термометром на глубине не меньше 5 см от поверхности.

Советы специалистов

Для того чтобы все выполненные работы с бетоном при низкой температуре дали желаемый результат, нужно придерживаться некоторых рекомендаций, которые были проверены годами. Особенно это касается тех случаев, когда возводится многоэтажное строение. Основные советы:

1. Опалубка должна быть подготовлена наилучшим образом. Из неё обязательно убирают весь накопившийся снег и лёд, а также осуществляют подогрев арматурного каркаса и дна до положительной отметки. В этом случае можно воспользоваться специальными переносными жаровнями либо тепловыми пушками, работу которых обеспечивает сжиженный газ.
2. В зимнее время гораздо проще сделать ленточный тип фундамента, так как все работы можно разделить на несколько основных этапов. Помимо этого, на локальных участках гораздо проще создать оптимальные условия для застывания раствора.
3. Если заказчик хочет, чтобы строители создали плиточный фундамент, сделать это будет практически невозможно. Это связано с тем, что для нормального застывания бетона необходимо поддерживать определённую температуру, несмотря на сильные морозы.
4. Мастера должны придерживаться непрерывного способа укладки. Особенность такой процедуры состоит в том, что если даже фундамент заливается слоями, то каждый последующий шар должен быть уложен ещё до того, как застынет предыдущий.
5. Как показывает практика, наилучшего результата при зимнем бетонировании можно добиться в том случае, если использовать сразу несколько проверенных технологий.

Рекомендации по устранению трещин

Трещины в бетоне, которые образовались в течение не более двух часов после заливки, легко устраняются с использованием дополнительного вибрационного уплотнения.

Если на протяжении 8 часов после заливки состава на поверхности появилась признаки нарушения целостности, устраняйте их, соблюдая последовательность операций:

Если трещина носит сквозной характер, то ее ремонт осуществляется следующим путем:

• Произведите очистку зоны растрескивания.
• Увеличьте ширину трещины.
• Выполните очистку раскрытого дефекта путем удаления пыли, частичек массива, используя сжатый воздух или щетку.

Если трещины все же появились, то нужно максимально быстро провести работы по их устранению

При возникновении дефектов в бетонном массиве, которые возникли под воздействием грунтовых вод, устранение трещин осуществляется с применением специальных гидроизолирующих составов.

Защита плитами и щитами

Ответственные конструкции в зимнее время часто приходиться утеплять. Для этого используются тенты, пленка, тепляки. Под таким укрытием необходимо поддерживать плюсовую температуру или защитить конструкцию от воздействия внешней агрессивной среды. Элементы конструкций укрывают таким образом, чтобы не было контакта с землей, иначе материал примерзнет.

Защита щитами или плитами также имеет свое применение. Это особенно касается боковых поверхностей, на которые воздействуют боковой ветер. Сильные порывы могут повредить целостность конструкции.

Совет — защитную плиту можно изготовить из подручных материалов. например, из поддона. Пробелы можно закрыть деревом либо пленкой, рубероидом.

Здесь интересная статья в тему: Утепление фундамента дома снаружи: как и чем утеплить