Бетонирование зимой. Заливка бетона в зимнее время.
Для бетонных работ в строительстве принято считать зимними условиями, когда среднесуточная температура окружающей среды составляет +5 градусов, и в течение суток было падение температуры до 0 градусов. Поэтому в строительстве зимним период определяется не календарным путем, а переходом воды, как основного компонента бетонных работ, в твердое состояние. К примеру, в северных широтах России зимний период длится большую часть года. Конечно, затраты на строительство в таких регионах значительно увеличиваются, однако, если приостановить строительство вовсе, даже на короткий промежуток времени, это приведет к еще большим потерям.
Состав классического строительного бетонного раствора состоит из:
- цемента, как основной вяжущей составляющей;
- вода:
- щебня, гравия или другого каменного крупного заполнителя;
- песка, который является мелким заполнителем;
- различных специальных добавок, которые повышают качество бетона, и наделяют его необходимыми дополнительными свойствами.
Процесс схватывания бетонного раствора происходит за счет гидратации вяжущего вещества. При снижении температуры до 10°С, такая химическая реакция замедляется.
Когда температура опускается до 0 градусов, то «свободная» вода превращается в лед, при этом расширяется в объеме примерно на 9%. В результате такого расширения в бетонной смеси образуется излишнее напряжение, которое приводит к разрушению структуры. Конечно, замерзший бетон имеет некоторую прочность, но только за счет связи кристаллов льда. Когда лед растает, то возобновится процесс гидратации, но из-за разрушенной структуры бетона, он уже не способен набрать проектную прочность. Экспериментально доказано, что процесс набора прочности бетонной смеси зависит от условий твердения. К примеру, если бетон успеет достигнуть 30-50% своей проектной прочности, то при последующем замерзании он вытеснит избыточную влагу, и при этом не будет отрицательно влиять на его физико-механические свойства. Конечно, до полного затвердевания в таких условиях бетону потребуется больше времени, чем при нормальных. К тому же, не стоит забывать, что нагружать бетонные конструкции можно только при достижении им 70% проектной прочности. Но если арматура была заранее напряжена хотя бы в одном направлении, то необходимо дождаться 100% прочности и только потом нагружать.
Что необходимо выполнить, чтобы в зимний период добиться полноценного качества от монолитного бетона? Ответ достаточно прост – необходимо создать условия, при которых вода останется в жидком состоянии. Достичь этого можно двумя способами: увеличить температуру бетонной смеси или снизить температуру, при которой происходит кристаллизация воды. Рассмотрим более детально каждый из методов.
1. Время схватывания классического портландцемента при нормальных условиях составляет 28 суток. Однако существуют и высокоактивные цементы, которые быстро твердеют, полный цикл затвердевания у них может достигать 2-3 суток. Массивный монолит не успеет промерзнуть за столько короткий промежуток времени, благодаря большой теплоемкости воды и экзотермичности реакции гидратации. Например, сухая смесь «Литой бетон марки 300» дает возможность через 4 часа спокойно ходить по плитам, ступеням и т.д. Конечно, такой цемент дорогой, его необходимо быстро доставлять на площадку и успеть уложить в формы за достаточно короткий промежуток времени, это все, безусловно, недостатки этого цемента. Поэтому такой цемент не используется в больших объемах при строительстве.
2. Со школьных лет известно, что вода на уровне моря закипает при +100°С. Исходя из этого, то при +99°С бетон должен затвердеть практически мгновенно. Но экспериментально доказано, что после достижения бетонной смеси отметки +50°С, скорость процесса затвердевания резко снижается. Поэтому такая температура считается идеальной. Если удалось технически реализовать такую температуру внутри бетонной смеси, то опалубку можно будет убрать через 1-2 часа. Предприятия, занимающиеся продажей готовой бетонной смеси добавляют воду, нагретую до +50°С. Вода служит не только для протекания нужно химической реакции, но и чтобы бетон удобно было укладывать. Кристаллы льда образуются в отрицательные температуры из избыточной воды. Для снижения количества воды применяют вакуумные отсосы при помощи жестких щитов. Такой процесс происходит и естественным путем за счет капиллярных сил, когда раствор укладывается на пористый кирпич. Поэтому строительные нормы допускают везти заливку бетона зимой. Окончательную прочность бетон приобретает после оттаивания. Наиболее вредны отрицательные температуры для железобетона, который не успел еще схватиться. Арматура является «мостиками холода», которые выводят из конструкции тепло наружу. Вокруг них образуется лед, который выталкивает эластичный бетон от их поверхности. В образованные зазоры вновь скапливает вода, которая замерзает и процесс повторяется вплоть до полного замерзания весь воды вокруг стрежней. Естественно, когда вода оттает, то железобетонная конструкция потеряет свои свойства композитного материала.
3. Чтобы прогреть щебень до +60°С производители готового бетонного раствора используют регистры, которые пропускают пар или разогретую воду.
4. Таким же способом прогревается и песок. Однако цемент подогревать категорически запрещено, может произойти процесс «заваривания».
5. Для того, чтобы в зимний период повысить эластичность бетона и его удобоукладоваемость добавляют различные пластификаторы. Такие пластификаторы могут быть минеральными, например, известь или органические – полимерные гели, дисперсии. К тому же, применяют добавки, которые снижают количество пор в бетонной смеси, уменьшение их количества положительно влияет на водо- и морозостойкость бетонного камня. Также используют армирующие и структурирующие добавки, они служат для повышения прочности бетона, ими могут быть различные полимерные, металлические или минеральные волокна. В случае бетонирования в зимний период рационально использовать различные противоморозные добавки. В частности, когда организовать прогрев бетона не возможно, но располагают достаточным количеством времени, рационально снизить температуру замерзания воды при помощи электролитических реагентов. Наибольшую популярность в строительстве среди таких добавок получили поташ, хлористый кальций, сульфат и т.п. Но стоит помнить, что при повышении температуры и оттаивания воды, на поверхности бетона будет образовываться слой соли. К тому же, скорость схватывания бетона снизится до критической отметки из-за низкой температурной жидкой фазы и увеличения ионной силы солевого раствора. Использования таких добавок запрещены в бетонах с напряженной или термически упрочненной арматурой, и во всех конструкциях возле которых могут образовываться блуждающие токи.
Если же в зимний период в ходе бетонных работ не удается заранее прогреть компоненты, то можно приготавливать бетонную смесь в бетоносмесителях принудительного действия с пароподгревом, конечно, при такой методике теряется значительное количество времени, которое можно было бы использовать на доставку или укладку. Важно помнить, что при температуре +40°С процесс гидратации идет в 4 раза быстрее, чем при обычных условиях. Поэтому следует выполнять бетонные работы оперативно в такой период времени. Наиболее эффективным является подогрев готовой смеси непосредственно на строительном участке. Также не лишним будет укладка бетонной смеси методом «термоса», это когда стены опалубки и поверхность бетона пассивно утепляются. Довольно часто в раствор добавляют 2% хлористого кальция, который позволяет снизить температуру замерзания воды до -3°С, при этом ускоряет процесс схватывания на первичном этапе. Естественно в строительстве используются, и другие специальные добавки, ускоряющие схватывание бетонной смеси в зимний период. Главное – не превысить допустимое количество таких добавок в бетоне выше нормы.
Если говорить об общих нормах допустимых температур для разных видов цемента, то для быстротвердеющего цемента такая температура составляет +70°С, для портландцемента +80°С, для шлакопортландцемента +90°С.
пОбогрев, Прогрев и нагрев бетона при бетонных работах в зимний период
В зимний период, чтобы поддержать бетонный раствор в необходимой температуре используют принудительную подачу тепла к самой конструкции. Это искусственный метод. Его разделяют на прогрев, обогрев и нагрев твердеющего бетона.
Прогрев бетона выполняется путем введения в бетон греющих элементов. Такими элементами могут быть трубки с водой, паром или воздухом, циркулирующие в них или электронагревательные провода типа ПНСВ. Вторые получили большую популярность и чаще используются. Эти провода наматывают на каркас железобетонной конструкции еще до заливки бетона, как только бетонная смесь уложена, провода подключают к переменному или постоянному току безопасного напряжения, проще говоря, к трансформатору. Таким образом обеспечивается необходимая температура внутри, главное, чтобы концы проводов, выходящие из бетонной смеси, были как можно короче, иначе они перегорят, так как не будет достаточного оттока тепла в воздух.
Чтобы обогреть бетон при зимнем бетонировании используют теплицы из пленочных или тканевых материалов. Такие обогревающие сооружения устанавливаются вокруг всей конструкции, внутри которых работает тепловая пушка или вентилятор. Также используют метод электроволнового обогрева толщи бетона при помощи электродов, которые подключаются к разным фазам переменного тока, в результате чего появляется электромагнитное поле. Благодаря такому полю можно достичь необходимой температуры и поддерживать необходимое количество времени. В качестве электродов могут служить пластины, стержни, полосы и струны. Пластины устанавливаются на боковую сторону опалубки, а стержни из арматуры помещают в бетон с расчетным шагом, диаметр стержней составляет 5-12 мм. Электроды в виде полос можно размещать с обеих сторон конструкции или с одной. Для обогрева колонн используют струны, это наиболее эффективный метод при бетонировании зимой.
Чтобы нагреть нижние части монолита или его торцы используют термоактивную опалубку. Она состоит из стальных панелей с вмонтированными в них нагревательными элементами и термоизоляцией. Если необходимо осуществить прямой нагрев поверхности, тогда необходимо использовать инфракрасные генераторы. Они бывают металлические трубчатые или карборундовые стержневые. Энергия тепла распространяется от поверхности по всему объему за счет теплопроводности. Для использования инфракрасного прогрева необходимо опалубку покрыть черным матовым лаком. Так широко используется и электромагнитная или ее еще называют индукционная энергия. Индукционный нагрев реализуется за счет последовательных витков изолированного провода, который устанавливается вдоль всей нагреваемой поверхности. Количество витков, напряжение и другие показатели рассчитываются в лабораториях под каждый конкретный случай. Увеличивает эффективность данного метода наличие в железобетоне стального армирующего каркаса.
Также можно использовать обдув монолита нагретым паром или воздухом. Однако такой метод не эффективен для большинства случаев, его рационально использовать только для тонких железобетонных конструкций.
Не смотря на разные методы прогрева (обогрева, нагрева) бетона в зимний период необходимо выполнять следующее:
1. Удалить с поверхности снег или образовавшуюся наледь.
2. Также необходимо обогреть каркас из арматуры для удаления снега и наледи.
3. Произвести монтаж оборудования согласно выбранному методу.
4. Производится укладка и уплотнение бетонного раствора.
5. Поверхности, с которым соприкасается воздух необходимо изолировать.
Перед прогревом необходимо обустроить скважины для замера температуры. Процесс прогрева должен быть остановлен по достижению расчетной величины. Производить корректировку необходимо каждые 2 часа итак на протяжении первых 8 часов, после учет необходимо вести раз в смену. Все результаты заносятся обязательно в журнал.
Важно помнить, что после нагрева бетонной конструкции нельзя допускать резкого охлаждения. Такое резкое падение температуры можно привести к серьезным повреждениям всей конструкции. Допускает превышать температуру прогрева бетонной смеси от расчетной на 5°С . Скорость остывания бетона не должна превышать 15°С /час, а для железобетонных монолитов 2-3°С/час.
Производить демонтаж опалубки можно только после достижения бетона достаточной прочности. Такая прочность может составлять 40%-70%, а для некоторых марок бетона и назначения конструкции все 100%.
Главное помнить, что только при должном соблюдении всех технологических условий можно гарантировано получить качественную монолитную конструкцию.