Бетонирование зимой: способы, особенности, необходимые мероприятия

С наступлением холодов работать с бетоном становится гораздо сложнее. В первую очередь, строители сталкиваются с проблемами моментальной гидратации раствора. Зимой вода превращается в кристаллы намного быстрее, чем бетонный раствор успевает застывать. Чтобы процесс бетонирования проходил по всем канонам строительного дела, и в результате вы могли получить крепкую и качественную конструкцию (фундамент) следует придерживаться определенных правил. Для зимнего бетонирования следует использовать особые антиморозные присадки, которые не только повышают устойчивость к низким температурам, но и увеличивают качество самой смеси. Поговорим об этом более подробно.

Особенности зимнего бетонирования

Существуют две важные причины, усложняющие процесс укладки бетона зимой.

• При низких температурах замедляется процесс гидратации цемента, что является причиной увеличения сроков набора твердости бетоном. Полный набор прочности бетона при применении противоморозной добавки наступает через 90 суток при расчетной температуре отведения бетона 0 °С, согласно рекомендациям по применению противоморозных добавок в бетон.

Рост прочности бетонов с противоморозной добавкой:

При минусовых температурах ниже -15°С до -25°С наряду с противоморозными добавками применяются ускорители твердения бетонной смеси. Этот комплекс вводимых добавок позволяет экзотермической реакции цемента, добавок и воды выделить большее количество тепла, существенно ускорить гидратацию цемента (т.е. использовать для реакции максимальное количество воды и сохранить температуру за счет выделяемого тепла при реакции), что улучшает набор первоначальной прочности бетона при отрицательных температурах. При температуре окружающей среды равной 20°С, в течение недели бетон набирает около 70% проектной прочности. При понижении температуры до 5°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. Поэтому категорически запрещается добавление воды в бетонную смесь на строительной площадке, особенно в холодный период времени, т.к. подвижность бетонной смеси регулируется пластифицирующими хим. добавками для сохранения водоцементного соотношения в бетонной 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 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 ПВХ и другими утеплителями;
• электрический и инфракрасный прогрев бетона;
• сооружение временного укрытия с прогревом тепловыми пушками.

Если будет использоваться прогрев тепловыми пушками, то укрытие из пленки ПВХ укладывается не на поверхность бетона, а на временный каркас из досок, брусков и т.п. Создается нечто наподобие низкой «палатки» или «шатра» над бетонной конструкцией и под это укрытие ставятся тепловые пушки. Чем выше будет температура под шатром, тем быстрее будет идти процесс набора прочности, и соответственно, раньше можно будет прекратить прогрев. В большинстве случаев, для первичного набора прочности бетона, достаточной для проведения дальнейших работ, хватает 1-3 суток прогрева тепловыми пушками. За это время бетон может набрать до 50% марочной прочности.

Уход за «созревающим» бетоном

Правильное затвердевание раствора при низких температурах без специального ухода невозможно. На сегодняшний день особой актуальностью пользуются следующие методы:

1. Термосный способ. Это наиболее популярный вариант, предполагающий укладку только что залитого фундамента специальными пароизоляционными материалами. Благодаря методике, фундамент надежно защищается от механических воздействий, а также не теряет тепло. Изоляционный слой создает необходимые условия для постепенного затвердевания бетонной массы.

2. Обустройство искусственных укрытий — тепляков, которые оберегают объект от воздействий внешней среды. Подобные конструкции дают возможность создать дополнительные возможности для прогрева воздуха. Опалубка также укрепляется мощными каркасными сводами и укрывается брезентом. Чтобы повысить температуру внутри тепляка устанавливают различные тепловые пушки.

3. Возведение тепловых временных конструкций над залитым раствором для создания воздушного обогрева.

Зимнее бетонирование всегда считается наиболее затратным, поскольку предусматривает обустройство дополнительных условий для созревания бетона.

Применения добавок противоморозного действия

Технологически наиболее удобным и экономически выгодным методом проведения зимнего бетонирования является применение противоморозных добавок. Этот способ гораздо дешевле бетонирования с прогревом электричеством и инфракрасными лучами.
Существует довольно много мифов относительно вредности и полезности тех или иных противоморозных добавок для бетонов. Им приписывают и коррозию арматуры, и снижение прочности, и снижение морозостойкости. Это не так. Многие из противоморозных добавок, наоборот, являются ингибитором коррозии, положительно влияют на сцепляемость арматуры с бетоном. При нормальном % введении добавок в бетон наблюдается некоторое отставание в темпах набора прочности, но по достижении 28 суточного возраста часто наблюдается больший прирост марочной прочности именно у бетонов с противоморозными добавками.

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.

Методические указания

Итак, вам необходимо произвести работы по укладке бетона на своем дачном участке. Какой алгоритм действий следует выбрать, чтобы бетонирование в зимних условиях прошло успешно?

В первую очередь следует приобрести бетон. Кроме того, допускается самостоятельное изготовление бетонной смеси. Для приготовления материала марки М200 потребуются:

• 3 части цемента М500 (запрещено использовать влажный цемент или имеющий твердое состояние);
• 5 частей песка (допускается использование как карьерного, так и мытого песка; категорически запрещено использование песка с глиной или другими добавками);
• 7 частей щебня (рекомендуется использовать мытый гравийный щебень с фракциями от 5 до 20 мм; запрещено применение известкового щебня, а также гальки и немытого щебня);
• вода (должна составлять около 25% всей смеси).

Для использования бетона в зимнюю пору в него можно добавить химические противоморозные элементы и пластификаторы.

Если среднесуточная температура во время выполнения работ составляет не более -5 градусов, необходимо произвести следующие действия:

1. Тщательно проверить весь используемый для приготовления бетонной смеси материал — щебень, песок и воду — на отсутствие снега и льда и в обязательном порядке подогреть их.
2. Устроить каркас из пиломатериалов и обтянуть его утепляющим материалом, создавая палатку.
3. Проверить палатку на отсутствие щелей, через которые может проникать холодный воздух.
4. Если палатка соответствует всем необходимым требованиям, можно подключать тепловую пушку или теплогенератор.
5. Прогрев бетона следует осуществлять до тех пор, пока он не приобретет светло-белый цвет. При прикосновении смесь должна быть теплой, что указывает на наличие реакции по схватыванию и набору прочности. Если бетон стал темно-серым, это указывает на то, что он замерз и утратил свои характеристики. Такой раствор необходимо раздолбить и произвести работы по бетонированию заново.

Что делать, если процесс повторного бетонирования невозможен? В этом случае следует тщательно укрыть конструкцию пленкой из ПВХ. Это позволит сохранить верхний пласт бетона в целости при заморозках и оттепелях. Возможно, весной бетон сможет продолжить процесс гидратации. Конечно, его прочность станет максимально низкой, но сделать это лучше, чем просто оставить конструкцию под дождем и снегом.

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 использование модификаторов, необходимо выполнять ряд сопутствующих мероприятий.

• Созданию внутренней теплоты в бетонной смеси способствует предварительный прогрев 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.

• 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, для минимизации потери тепла в бетонной смеси, так как гидратация цемента в смеси наступает через сорок минут после затворения.

Основные правила

Для того чтобы зимнее бетонирование прошло успешно, а качество бетона не ухудшилось, необходимо придерживаться нескольких основных правил проведения процесса в холодную пору:

Схема заливки фундамента бетоном.

1. В первую очередь следует использовать специальные противоморозные добавки, которые предотвратят промерзание бетонного раствора и увеличат его прочность.
2. При отсутствии добавок следует разводить бетонную смесь только подогретой водой, а также применять предписанные методы, обеспечивающие высокое качество конструкций.
3. Машины, на которых будет производиться транспортировка бетона в холоднее время года, должны иметь утепление.
4. Основание под бетон перед началом работы должно быть тщательно очищено от пыли и грязи и подогрето.
5. С арматуры и опалубки, которые будут использоваться в процессе бетонирования, следует удалить снег и наледь. Если арматура имеет диаметр более 25 мм или изготовлена из прокатного профиля, при температуре воздуха ниже -10 градусов она подогревается до приобретения положительной температуры. Такую же операцию необходимо провести и с крупными металлическими закладными деталями.
6. Работа по бетонированию должна быть проведена ускоренными темпами, непрерывно, чтобы предотвратить охлаждение слоя бетона, уложенного в первую очередь.
7. После заливки бетона всю его поверхность необходимо утеплить деревянными щитами или матами.

Соблюдение этих несложных условий позволит получить качественное бетонирование, сохраняющее прочность и надежность.

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 прогреве смеси до 60-80°С, уплотнении ее в горячем состоянии и выдерживании в «термосе» или с применением дополнительного подогрева. В условиях строительной площадки бетонную смеси разогревают с помощью электродов. Смесь выступает в цепи переменного электротока в роли сопротивления. Электропрогрев проводят в кузовах автосамосвалов или бадьях.

Методы прогрева

Все указанные выше методы успешно применяются на обширных и хорошо оснащенных строительных площадках. Некоторые из них требуют организации достаточно затратного дополнительного оборудования или оснащения.

В условиях небольших строительных работ по бетонированию фундамента дачного дома, теплицы или тротуарного полотна не все из предложенных методов выглядят целесообразными. В этом случае зимнее бетонирование может сопровождаться такими действиями, как возведение временного укрытия на месте проведения работ, где необходимый участок будет обогреваться тепловой пушкой, либо применение ПВХ-пленки и других согревающих материалов.

Схема гидроизоляции бетона.

Укрывание бетонной смеси рекомендуется в холодное время при температуре от -3 до +3 градусов. ПВХ-пленка и другие утеплители позволяют аккумулировать тепло внутри бетонной конструкции, что приводит к более быстрому застыванию и твердению раствора.

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:

• Электродный
  Физический смысл электродного прогрева аналогичен вышеописанному методу электродного разогрева смеси. В данном случае используется теплота, которая выделяется смесью при пропускании через нее электрического тока. Для проведения 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.

• Кондуктивный (контактный)
  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.

• Инфракрасный
  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.

• Индукционный
  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.

Чтобы ускорить процесс распалубки и дальнейшего нагружения конструкции в холодный период времени целесообразно использовать класс бетона на порядок выше, для быстрого набора нормируемой прочности.
Соблюдение рекомендаций по зимнему бетонированию позволит избежать утраты прочностных характеристик бетонных и железобетонных конструкций, выполненных при пониженных температурах наружного воздуха.

Электропрогрев бетона: сущность и виды методики

Электрический способ прогревания бетона довольно часто применяется при индустриальном строительстве, поскольку особенно нуждается в источнике энергии. Метод предусматривает создание специальной электросистемы, поэтому без услуг профессионального электрика здесь не обойтись.

Сегодня выделяют следующие виды электропрогрева:

• Сквозной предусматривает обустройство опалубки специальными электродами, которые при подключении будут прогревать бетон изнутри. Как правило, для этой цели используются струнные или стержневые электроды. Сложность заключается в точности расчета подаваемой нагрузки от электродов к бетону. Данный метод считается одним из самых эффективных и активно применяется в строительной сфере.
• Периферийный способ предусматривает нагрев поверхности фундамента. Тепло передается по сети и прогревает только верхнюю часть бетона. Во внутреннюю часть теплоэнергия поступает посредством теплопроводности массы.

Вышеописанные методы могут быть использованы только в неармированных или же малоармированных конструкциях. Учтите, арматура при электронагреве оказывает существенное воздействие на фундамент.

Физические процессы и определяющие положения

Понятие «зимние условия» в технологии монолитного бетона и железобетона несколько отличается от общепринятого — календарного. Зимние условия начинаются, когда среднесуточная температура наружного воздуха снижается до +5°С, а в течение суток имеет место падение температуры ниже 0°С.
При отрицательных температурах не прореагировавшая с цементом вода переходит в лед и не вступает в химическое соединение с цементом. В результате этого прекращается реакция гидратации и, следовательно, бетон не твердеет. Одновременно в бетоне развиваются значительные силы внутреннего давления, вызванные увеличением (примерно на 9%) объема воды при переходе ее в лед. При раннем замораживании бетона его неокрепшая структура не может противостоять этим силам и нарушается. При последующем оттаивании замерзшая вода вновь превращается в жидкость и процесс гидратации цемента возобновляется, однако разрушенные структурные связи в бетоне полностью не восстанавливаются.

Замораживание свежеуложенного бетона сопровождается также образованием вокруг арматуры и зерен заполнителя ледяных пленок, которые благодаря притоку воды из менее охлажденных зон бетона увеличиваются в объеме и отжимают цементное тесто от арматуры и заполнителя.

Все эти процессы значительно снижают прочность бетона и его сцепление с арматурой, а также уменьшает его плотность, стойкость и долговечность.

Если бетон до замерзания приобретает определенную начальную прочность, то все упомянутые выше процессы не оказывают на него неблагоприятного воздействия. Минимальную прочность, при которой замораживание для бетона не опасно, называют критической.

Величина нормируемой критической прочности зависит от класса бетона, вида и условий эксплуатации конструкции и составляет: для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой — 50% проектной прочности для В7,5…В10, 40% для В12,5… В25 и 30% для В 30 и выше, для конструкций с предварительно напрягаемой арматурой — 80% проектной прочности, для конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию или расположенных в зоне сезонного оттаивания веч-номерзлых грунтов — 70% проектной прочности, для конструкций, нагружаемых расчетной нагрузкой — 100% проектной прочности.

Продолжительность твердения бетона и его конечные свойства в значительной степени зависят от температурных условий, в которых выдерживают бетон. По мере повышения температурыувеличивается активность воды, содержащейся в бетонной смеси, ускоряется процесс ее взаимодействия с минералами цементного клинкера, интенсифицируются процессы формирования коагуляционной и кристаллической структуры бетона. При снижении температуры, наоборот, все эти процессы затормаживаются и твердение бетона замедляется.

Поэтому при бетонировании в зимних условиях необходимо создать и поддерживать такие температурно-влажностные условия, при которых бетон твердеет до приобретения или критической, или заданной прочности в минимальные сроки с наименьшими трудовыми затратами. Для этого применяют специальные способы приготовления, подачи, укладки и выдерживания бетона.

При приготовлении бетонной смеси в зимних условиях ее температуру повышают до 35…40С путем подогрева заполнителей и воды. Заполнители подогревают до 60С паровыми регистрами, во вращающихся барабанах, в установках с продувкой дымовых газов через слой заполнителя, горячей водой. Воду подогревают в бойлерах или водогрейных котлах до 90С. Подогрев цемента запрещается.

При приготовлении подогретой бетонной смеси применяют иной порядок загрузки составляющих в бетоносмеситель. В летних условиях в барабан смесителя, предварительно заполненного водой, все сухие компоненты загружают одновременно. Зимой во избежание «заваривания» цемента в барабан смесителя вначале заливают воду и загружают крупный заполнитель, а затем после нескольких оборотов барабана — песок и цемент. Общую продолжительность перемешивания в зимних условиях увеличивают в 1,2… 1,5 раза. Бетонную смесь транспортируют в закрытой утепленной и прогретой перед началом работы таре (бадьи, кузова машин). Автомашиныимеют двойное днище, в полость которого поступают отработанные газы мотора, что предотвращает теплопотери. Бетонную смесь следует транспортировать от места приготовления до места укладки по возможности быстрее и без перегрузок. Места погрузки и выгрузки должны быть защищены от ветра, а средства подачи бетонной смеси в конструкции (хоботы, виброхоботы и др.) утеплены.

Состояние основания, на котором укладывают бетонную смесь, а также способ укладки должны исключать возможность ее замерзания в стыке с основанием и деформации основания при укладке бетона на пучинистые фунты. Для этого основание отогревают до положительных температур и предохраняют от замерзания до приобретения вновь уложенным бетоном требуемой прочности.

Опалубку и арматуру до бетонирования очищают от снега и наледи, арматуру диаметром более 25 мм, а также арматуру из жестких прокатных профилей и крупные металлические закладные детали при температуре ниже — 10°С отогревают до положительной температуры.

Бетонирование следует вести непрерывно и высокими темпами, при этом ранее уложенный слой бетона должен быть перекрыт до того, как в нем температура будет ниже предусмотренной.

Строительное производство располагает обширным арсеналом эффективных и экономичных методов выдерживания бетона в зимних условиях, позволяющих обеспечить высокое качество конструкций. Эти методы можно разделить на три группы: метод, предусматривающий использование начального теплосодержания, внесенного в бетонную смесь при ее приготовлении или перед укладкой в конструкцию, и тепловыделение цемента, сопровождающее твердение бетона — так называемый метод «термоса», методы, основанные на искусственном прогреве бетона, уложенного в конструкцию — электропрогрев, контактный, индукционный и инфракрасный нагрев, конвективный обогрев, методы, использующие эффект понижения эвтектической точки воды в бетоне с помощью специальных противоморозных химических добавок.

Указанные методы можно комбинировать. Выбор того или иного метода зависит от вида и массивности конструкции, вида, состава и требуемой прочности бетона, метеорологических условий производства работ, энергетической оснащенности строительной площадки и т. д.