Заливка бетона: методы работы при низких температурах

Для получения качественной строительной конструкции или изделий из бетона необходимо, чтобы во время производства, транспортировки и заливки смеси соблюдался температурный режим. Оптимальная температура, при которой должно происходить схватывание и твердение бетона до критической прочности, составляет примерно +20 °C. Но в холодных регионах часто возникает необходимость продлить строительный сезон, чтобы сдать строящийся объект в назначенные сроки. В этом случае на помощь приходят современные технологические мероприятия, которые позволяют вести бетонные работы не только при температурах немного выше нуля, но даже до -25 °C.

Влияние температурных условий на поведение бетонной смеси

Бетон – это строительная смесь, в которую входят следующие основные компоненты: вяжущее (в рассматриваемых случаях – это цемент), крупный и мелкий заполнители, вода. При взаимодействии цемента и воды происходит гидратация вяжущего с выделением тепла. При этом осуществляются: схватывание цементного камня (процесс длится примерно сутки) и твердение (для набора марочной прочности в стандартных условиях нужно 28 дней).

Оптимальная температура окружающей среды – +20 °C. В таких условиях бетон достигает 70 % прочности в течение недели. Наименьшей допустимой (без применения спецмероприятий) является температура +5 °C. 70 % прочности в этом случае достигается в течение 3-4 недель. Заливка бетона при отрицательных температурах без специальных технологических приемов не проводится, поскольку в таких условиях процесс твердения смеси не происходит.

При минусовых температурах происходит еще один негативный процесс – внутри бетона развиваются силы внутреннего давления. Их появление объясняется тем, что вода при замерзании и превращении в лед увеличивается в объеме. В результате структура не отвердевшего бетона нарушается, прочностные характеристики бетонного продукта снижаются. Падение прочности тем больше, чем раньше произошло замерзание воды. Наиболее опасна ситуация, при которой вода замерзает на стадии схватывания смеси.

Специалисты считают, что смесь способна выдержать однократное замораживание при условии, что после размораживания температура воздуха в течение трех последующих суток будет +10 °С и выше. В любом случае бетон, прошедший через стадии замораживания-размораживания до достижения критической прочности, значительно уступает по прочности материалу, твердение которого проходило в нормальных условиях. Снижение температуры окружающей среды после набора материалом критической прочности на характеристики готового бетонного продукта не влияет.

В каких случаях работы с бетоном при низких температурах оправданы и даже полезны?

Бетонирование при низких температурах имеет следующие преимущества:

• Возможность ведения строительства на сыпучих непрочных грунтах. При минусовых температурах прочность такого грунта повышается.
• Снижение сметной стоимости строительства. В холодный период года материалы обычно продаются с существенными скидками.
• Сокращение сроков строительства.

Если строительный объект расположен в регионе с суровыми климатическими условиями, то ведение бетонных работ при низких положительных и отрицательных температурах является вариантом, которого избежать практически невозможно.

Какие методы бетонирования применяют при низких положительных и отрицательных температурах

Существует несколько видов технологических мероприятий, позволяющих выполнять бетонирование в температурных условиях, далеких от оптимальных. Конкретный способ или комплекс мероприятий обеспечения качества зимнего бетонирования выбирают на основании сравнительных технико-экономических расчетов, которые обычно проводятся на стадии проектирования объекта.

Повышение температур компонентов перед замешиванием

Один из вариантов бетонирования при пониженных температурах – подогрев компонентов:

• крупного и мелкого заполнителей – до +60 °C;
• воды – до +90 °C;
• цемента – только до комнатных температур, выше его нагревать нельзя, поскольку он утратит свои вяжущие свойства.

Метод термоса

Разогрев компонентов может быть частью технологического приема, называемого «горячим термосом». В этом случае смесь заливается в утепленную опалубку. Благодаря начальному теплосодержанию смеси и выделению тепла при гидратации цемента, создаются приемлемые условия для схватывания продукта. Утепленная опалубка сохраняет выделенное тепло. Для теплоизоляции используются: сено, солома, ветошь. При зимнем бетонировании (при -5 °C и ниже) утепления опалубки недостаточно. В этом случае понадобится ее обогрев одним из ниже описанных способов, что повлечет дополнительные материальные затраты.

Наиболее эффективным является сочетание метода «термоса» и противоморозных добавок.

Обогрев тепловыми пушками или печами в «тепляках»

«Тепляками» называют временные сооружения по типу теплиц, внутри которых устанавливают тепловые пушки, работающие на дизтопливе или газе. При использовании этого метода требуется постоянное увлажнение поверхности бетонного элемента. Такой способ обогрева применяют на стройплощадках, удаленных от источников централизованного электроснабжения.

Технологии электрического подогрева

Один из способов подогрева твердеющего бетона – использование электрических термоматов, которые раскладывают по поверхности бетонного элемента и подключают к источнику электропитания. Температурный режим работы термоматов определяется в проектной документации.

Для вертикально расположенных и труднодоступных бетонных элементов используют инфракрасные излучатели. Интенсивность и направление нагрева регулируются отражателями.

Один из современных способов электроподогрева – использование специальных кабелей и электродов, которые укладывают в опалубку перед заливкой смеси. Это затратный способ, требующий предварительного определения его экономической целесообразности.

Противоморозные добавки для зимнего бетонирования

Распространенный способ укладки бетона при низких положительных и отрицательных температурах – применение противоморозных добавок. Противоморозные добавки могут использоваться самостоятельно или быть частью комплекса технологических мероприятий по зимнему бетонированию. Такие добавки делят на два основных типа.

Присадки для уменьшения температуры замерзания воды, используемой для затворения цемента

К составам, предотвращающим быструю кристаллизацию воды и ее превращение в лед, относятся: соли кальция, натрия, поташ. Реакция гидратации при этом протекает медленно. Для ее ускорения применяют различные способы подогрева смеси и обогрева опалубки.

Присадки для ускорения процесса твердения

Применение этих добавок сочетают с предварительным подогревом компонентов. Присадки сокращают период набора бетоном критической прочности, и вода просто не успевает трансформироваться в лед. К таким присадкам относятся: нитрит-нитрат кальция, поташ, смесь солей кальция и мочевины. Концентрация противоморозных присадок зависит от температуры, при которой осуществляется бетонирование, максимально возможная отрицательная температура – -25 °C:

• до -10 °C – содержание присадок составляет 5-8 % от массы вяжущего;
• -10…-15 °C – 10 %;
• -15…-25 °C – не менее 15 %.

Общие рекомендации по зимнему бетонированию

Перед началом работ необходимо точно знать, при каких температурных условиях они будут производиться. А также необходимо придерживаться следующих советов:

• Опалубка перед бетонированием должна быть очищена от снега и льда.
• Грунт и арматуру желательно прогреть с помощью тепловых пушек или инфракрасных излучателей. Тающий грунт будет источником дополнительного тепла для твердеющей смеси.
• Независимо от типа бетонируемой конструкции, важна непрерывность заливки смеси в опалубку.
• Особенное внимание необходимо уделять подогреву тонкостенных конструкций, в которых бетонная смесь остывает очень быстро.

Правильный выбор современных технологических мероприятий по обеспечению зимнего бетонирования позволит создать прочную и надежную строительную бетонную конструкцию c требуемой марочной прочностью.