Особенности зимнего бетонирования

Если частное строительство зимой практически замирает, то многоэтажное ведётся круглый год. Зима в нашей стране длится долго, а никакая компания не может позволить себе простаивать по нескольку месяцев. Гораздо проще организовать обогрев бетона — тогда и работники при деле, и убытков нет. Главное, принимать во внимание особенности зимнего бетонирования, и чётко следовать технологиям.

Время прогрева бетона в зимнее время, что такое критическая прочность

Самой комфортной температурой для твердения бетона является +20 градусов, при которых он за 28 суток достигает проектной прочности. При охлаждении окружающей среды до +5 градусов реакция гидратации вяжущего замедляется, и набор прочности снижается. При нулевой температуре и ниже вода, не связанная химическими процессами, превращается в лёд, и на 9% увеличивает свой объём.

• Бетонный монолит, даже до конца не схватившийся, при замерзании будет иметь высокую прочность за счёт кристаллизации воды. Но явление это временное. При оттаивании происходит нечто, напоминающее процесс морозного пучения в грунте — когда структура пласта разрушается под воздействием возникающих напряжений, а твёрдые частицы выталкиваются на поверхность.
• Даже после того, как реакция гидратации после превращения льда в воду возобновится, нарушенная структура уже не позволит бетону достичь проектной прочности – она будет намного ниже. Соответственно, основная задача методов зимнего бетонирования заключается в том, чтобы не дать бетону замёрзнуть вообще.
• Экспериментальным путём установлено, что если бетон до замерзания уже успел набрать минимум 30, а лучше половину проектной прочности, то дальнейшее охлаждение окружающей среды не окажет существенного влияния на конечные физико-механические характеристики.

Данный показатель прочности называют критическим, а его конкретика зависит от класса прочности бетона, и наличия или отсутствия в нём противоморозных добавок:

Важно: При бетонировании конструкций с предварительным напряжением арматуры, критическая прочность бетона составляет все 100%.

Создание в начальном периоде благоприятных условий для твердения бетона, даёт возможность получить монолит требуемого качества. Точное время прогрева обозначить невозможно, так как это зависит от применяемого способа зимнего бетонирования, режима подогрева, массивности бетонного монолита и многих других нюансов.

Обеспечить качественное твердение бетона можно разными способами. Смесь может разогреваться в процессе приготовления, выдерживаться в утеплённых опалубках, обогреваться за счёт различных источников тепловой энергии. Выбор конкретной технологии осуществляется с учётом вида конструкции, условий объекта, наличия соответствующего оборудования, экономической целесообразности.

Температура бетонной смеси для зимнего бетонирования

Прежде чем говорить о способах прогрева монолита, нельзя не уделить внимание тому, какую температуру должны иметь компоненты при затворении, и сама смесь при заливке в опалубку. Наполнители для бетонных смесей могут храниться и при низких температурах, главное – не допускать попадания в них снега, образования льда. Цемент на растворобетонных узлах хранят только в закрытых емкостях.

Чтобы обеспечить на выходе бетон заданной температуры, ингредиенты подогреваются. Песок и щебень пропускают через регистры с горячей водой или паром. Воду для затворения пропускают через водонагреватель, обеспечивающий нужную температуру.

При использовании портландцемента марок ниже М500, вода подогревается до 80 градусов, что даёт возможность получить на выходе смесь с температурой 35 градусов. Соответствующие температуры для цемента марок М500 и выше (они твердеют быстрее) составляют 60/30 градусов, для глинозёмистых цементов М500 – 40/25 градусов.

Обратите внимание: Бетонные смеси с заданной температурой можно получать и путём их приготовления в паропрогреваемых смесителях принудительного действия.

Чтобы бетонная смесь не остывала по пути на объект, доставку производят в утепляемых бетоновозах, автосамосвалах, кузова которых накрыты брезентом и подогреваются выхлопными газами, либо в специальных контейнерах с утеплёнными крышками. Причём транспортировка должна осуществляться аккуратно и без лишних встрясок, так как в результате перегрузки температура жидкого бетона может резко упасть.

Методы зимнего бетонирования

Перед началом бетонирования бетоноводы обязательно утепляются, обычно рулонной минеральной ватой, но могут просто прогреваться горячей водой или паром. При температуре окружающей среды ниже -10 градусов, бетоноподающий трубопровод прокладывают вместе с паропроводом в утеплённом коробе.

При необходимости прочистки, разобранный по частям бетоновод прочищают механически, но не промывают водой, чтобы не образовывалась наледь.

Что же касается процесса твердения бетона, то зимой его обеспечивают такими способами.

Метод термоса

Данный способ зимнего бетонирования применяют при формировании массивных монолитов и длинномерных конструкций типа балок, ригелей и колонн. Он основан на явлении экзотермии – использовании теплоты, образующейся в смеси в процессе взаимодействия воды с цементом.

Смесь, имеющую заданную температуру (не более 80 градусов) заливают в утеплённую опалубку, обязательно защитив потом от охлаждения открытые поверхности. Дополнительного подогрева здесь не требуется, так как массивный монолит, да ещё утеплённый со всех сторон, быстро не остывает. Бетон вполне успевает затвердеть и набрать критическую прочность, после чего ему охлаждение уже не страшно.

Обратите внимание: Степень массивности конструкции оценивается модулем поверхности, для получения которого суммарную площадь монолита делят на его объём.

Самое главное в методе термоса – это качество утепления опалубки, поэтому и толщина утеплителя, и его вид назначаются проектом. Основной принцип подбора заключается в том, чтобы коэффициент теплопроводности теплоизоляции был ниже, чем у основного материала.

Между элементами опалубки и в местах стыкования поверхностной изоляции, не должно быть щелей, а для уменьшения продувания и увлажнения, поверх утеплителя прокладывают полиэтилен или другой непроницаемый материал.

Перед началом зимнего бетонирования поверхности, соприкасающиеся с бетоном, прогревают паром. После набора монолитом критической прочности, и утеплитель, и опалубку демонтируют, но во избежание трещинообразования от резкого перепада температур, массив снова укрывают.

Электроразогрев смеси перед укладкой в опалубку

В процессе транспортировки к объекту бетонная смесь теряет часть теплоты, это повышает её жёсткость, ухудшает удобоукладываемость. Чем больше расстояние, на которое перемещают свежеприготовленный бетон, тем сильнее меняются свойства смеси, заданные изготовителем, а в худшем случае он может даже схватиться.

• Во избежание этих недостатков бетону возвращают потерянную температуру путём установки в бункер бетоновоза или кузов самосвала специальных электродов, через которые под напряжением 380 вольт подаётся ток.
• Прогрев осуществляется в течение 5-10 минут, до достижения температуры 80 градусов. А чтобы разогреваемая смесь не утрачивала свою подвижность, в неё вводят пластифицирующие добавки.
• Разогретый бетон выгружают в специальные бадьи, оснащённые вибраторами для равномерного распределения смеси, электродами для дальнейшего поддержания температуры, и термометрами для её контроля.
• Бадьи располагаются на отведённой для этого площадке, запуск подогревающего трансформатора производится с пульта управления оператором. На площадке разогрева предусматривается две секции: пока на одной бетонная смесь подогревается, на второй подогретый ранее бетон уже подают к точке укладки.

Если разогрев предполагается производить непосредственно в автобетоносмесителе, по прибытии на объект в него устанавливают стержни электродов и подключают их к выносному пульту. По достижении нужной температуры смесь сразу подают к месту заливки.

Электроразогрев бетона после укладки в опалубку

Температуру бетонной смеси нужно поддерживать не только в процессе доставки на объект, подачи и укладки, но и после, поэтому в опалубку тоже устанавливаются электроды различной формы и конструктива. Их выбор зависит от конфигурации и массивности заливаемого монолита, так как прогрев в разных случаях может осуществляться не только по периферии, но и по всей массе бетона.

Примечание: Ток используется переменный, так как под воздействием постоянного на электродах, и в прилегающих к ним участках бетона, могут откладываться соли.

• Длинномерные конструкции, возводимые в деревянных опалубках, прогревают стержневыми электродами, изготовленными из заострённых стальных арматурных стержней диаметром до 6 мм. Чтобы их установить, в опалубочных щитах бурят отверстия так, чтобы электроды не соприкасались с арматурным каркасом внутри монолита.
• Вставив электрод с одной стороны, его упирают в противоположный борт, и ударом молотка загоняют как гвоздь в дерево. Когда все электроды будут установлены (расстояние между ними определяется расчётом), приступают к коммутации – присоединению к металлу токоподающих проводов.
• Чтобы произвести прогрев по периферии (это делается при малом проценте армирования конструкции), устанавливают плавающие электроды, обвивающие каркас по типу замкнутой петли. В горизонтальных конструкциях (бетонные полы, плитные фундаменты, перекрытия) это могут быть электроды пластинчатого типа из полосовой стали шириной 30-50 мм, и толщиной до 5 мм.

• В любом случае электроды должны быть полностью утоплены в бетон, чтобы их поверхность полностью контактировала со смесью. А чтобы они не всплывали, их нагружают материалами, не проводящими ток (камень, кирпич, деревянный брусок). Плавающие электроды не должны иметь перегибов или других дефектов.
• Кроме электродов плавающего типа, периферийный прогрев осуществляется нашивными элементами. Изготавливают их из круглых арматурных стержней или стальных пластин толщиной 2-3 мм, а затем нашивают на щиты опалубки с загибом концов под прямой угол и выводом наружу. От соприкасания с арматурой каркаса электроды защищают фиксированными прокладками – во избежание короткого замыкания.
• В длинномерном монолите для прогрева могут быть использованы электроды струнного типа. Их изготавливают из стальных стержней круглого сечения, но располагают вдоль продольной оси.
• При малой массивности конструкций, роль электродов может исполнять арматура каркаса самой конструкции и металлические щиты опалубки. Ток при таком способе подогрева используется однофазный, при этом первая фаза присоединяется к опалубочным бортам, а нулевая – к каркасу.

Чем однороднее температура в массиве бетона, тем равномернее он твердеет, и тем выше качество в итоге. Это во многом зависит от шага между электродами и схемы их расположения в целом. Перепады температуры обусловлены густотой внутреннего армирования монолита, напряжением подаваемого тока, поэтому расстояние между электродами рассчитывается в каждом случае индивидуально.

Что такое термоактивная опалубка

Термоактивной называют опалубку из многослойных щитов с внешним утеплением и внутренним нагревательным оснащением. Щит передаёт теплоту к поверхностным слоям бетона, а далее она распространяется вглубь, по всей толщине.

• Преимуществом этого способа обогрева является независимость процесса от конкретики значений зимних температур, поэтому применить его можно до -40 градусов. Подогревающая опалубка используется при бетонировании конструкций средней массивности и тонких, а так же при замоноличивании раствором стыков, к примеру, между плитами.
• Существует немало конструкций термоактивных опалубок — главное, чтобы они обеспечивали равномерность распределения тепла. Нагревательными элементами в них служат трубчатые элементы ТЭНы, греющие кабели, углеродные ленты, нихромовая проволока и другие токопроводящие элементы.
• Электронагреватели заложены в щит так, чтобы они не контактировали непосредственно с рабочей поверхностью опалубки. Температура разогрева того же ТЭНа может составить 600 градусов по Цельсию, поэтому между ними выдерживается расстояние 15 -20 мм. Конкретная схема размещения нагревателей внутри опалубочного щита зависит от типа элементов, их мощности и режима обогрева.
• Проверив целостность разводки и изоляции, элементы греющей опалубки устанавливают в блок бетонирования вручную поштучно, или укрупнёнными панелями с помощью подъёмной техники. Все механические крепления производятся так же, как и при летнем бетонировании, после чего коммутационные провода подсоединяются через трансформатор к электрической сети.

Примечание: При использовании термоактивной опалубки изначальная температура укладываемой бетонной смеси может не превышать +5 градусов, но и меньше быть не должна.

Бетонирование производят аккуратно, чтобы не повредить провода и не замочить утеплитель опалубки. После уплотнения залитого монолита, опалубку укрывают брезентом и начинают прогрев, подвергая тщательному контролю температуру, скорость и продолжительность.

Инфракрасный обогрев бетона

Инфракрасными называют греющие элементы, распространяющие тепло путём излучения. При этом тепло от них не распределяется в окружающей среде, а обогревает конкретный предмет или в данном случае конструкцию, на которую направлен обогреватель.

Подобное оборудование может быть различным по конструкции, на основе кварцевых, керамических, карбоновых, галогенных излучателей. А чтобы направить поток инфракрасных лучей в нужное русло, в обогревателях применяются сферические или параболические отражатели.

Данный способ обогрева очень удобен для конструкций, формируемых в скользящей опалубке, монолитов небольшой толщины типа бетонной подготовки, плиты пола или перекрытия. Для их прогрева излучатель подвешивают на небольшом расстоянии, или даже устанавливают прямо на бетон, накрытый плёнкой для предупреждения быстрой потери влаги.

При необходимости может устанавливаться два излучателя с разных сторон, дабы вся поверхность бетона прогревалась равномерно.

Применение противоморозных добавок — заключение

В борьбе с замерзанием воды в бетоне используют и химические вещества – в частности, соли, которые снижают температуру образования льда. Поэтому при приготовлении бетонных смесей в качестве противоморозных добавок используют растворы солей, отодвигающих порог замерзания воды ниже нулевой отметки градусника.

Вот какие вещества комбинации применяют для этой цели, а так же комбинируют между собой:

• поташ (карбонат калия);
• нитрат кальция с мочевиной и без неё;
• нитрит натрия;
• нитрит + нитрат кальция;
• хлорид кальция;
• хлорид натрия.

Выбор добавки зависит от конкретной температуры окружающей среды, степени армирования конструкции, наличия блуждающих токов либо агрессивных сред. Хотя в некоторых случаях применять противоморозные присадки запрещено – например, при изготовлении бетона для предварительно напрягаемых конструкций.

Недостаток применения химических добавок заключается в том, что они замедляют скорость твердения бетона, а соответственно, и прочность набирается медленнее. Так, при внесении нитрита кальция с мочевиной, при температуре -5 градусов бетон на 28-е сутки набирает только 70%, и даже через три месяца 100% не набирается.

Есть у противоморозных добавок и другие недостатки — например: ухудшение удобоукладываемости смесей. Не редкость и появление высолов на поверхности монолита, поэтому химические способы регуляции твердения бетона в зимнее время применяют в основном при заливке фундаментов, где качество поверхности особого значения не имеет.

В остальных случаях противоморозные добавки постепенно теряют актуальность, уступая более современным и технологичным методам прогрева бетона. Как вариант, эти два способа зимнего бетонирования просто комбинируют.