Критическая прочность бетона при зимнем бетонировании

Критическая прочность бетона при зимнем бетонировании

Понижение уличных температур – не повод отказываться от бетонных работ. При соблюдении определенных условий можно произвести качественное бетонирование, не теряя драгоценные месяцы в ожидании тепла.

Воздействие низких температур на твердение бетона

Основным процессом формирования бетонной структуры является гидратация (твердение) цемента. Чем выше температура окружающей среды, тем быстрее происходит набор прочности. Соответственно, низкая температура (+5 о С и ниже) тормозит процесс твердения цемента. Если в нормальных условиях бетон набирает 70% прочности меньше чем за неделю, то при средней ночной температуре около 0 о С бетон достигнет этой прочности через 3-4 недели.

При отрицательных температурах вода, не успевшая вступить в химическую реакцию с цементом, переходит в состояние льда. Соединение с цементом уже не происходит, и в результате бетон не твердеет. При последующем оттаивании замерзшая вода вновь превращается в жидкость, и процесс гидратации цемента возобновляется, однако разрушенные структурные связи в бетоне полностью не восстанавливаются.

Описанные процессы не представляют опасности, если обеспечить бетону набор хотя бы критической прочности. Критической называется прочность, при которой уже не страшны дальнейшее замораживание бетона, разопалубка и частичная нагрузка на конструкцию. В зависимости от марки и типа конструкции, критическая прочность достигает 30-70% (чем ниже марка, тем выше ее критическая прочность).

Если конструкция армирована, после укладки бетона вокруг арматуры образуются ледяные пленки, которые благодаря притоку воды из менее охлажденных зон бетона увеличиваются в объеме. Нарушается структура бетона: цементное тесто (смесь цемента с водой) отделяется от заполнителей (песок, гравий). Все эти процессы снижают сцепление бетона с арматурой, уменьшают его плотность, а значит и долговечность. Этого не произойдет, если арматура будет должным подготовлена к бетонированию.

Правила зимнего бетонирования необходимо применять, когда среднесуточная температура наружного воздуха снижается до +5°С, а в течение суток имеет место падение температуры ниже 0°С. Бетонирование конструкций при температуре наружного воздуха ниже -10 0 С следует проводить с учетом СП 70.333.2012 Несущие и ограждающие конструкции (п5.11.4 — 5.11.15).

Принципы зимнего бетонирования

При бетонировании в зимних условиях необходимо создать и поддерживать такие температурно-влажностные условия, при которых бетон приобретает критическую или заданную прочность в минимальные сроки.

Существует три основных способа создать для бетона благоприятный «климат»:

1. Противоморозные химические добавки (присадки)

Применение противоморозных добавок и пластификаторов понижает температуру замерзания воды и ее количество в смеси; это дает возможность цементу начать процесс твердения. Добавки обеспечивают минимальную температуру твердения от -5 до -25°С. Однако в большинстве своем они предназначены лишь для транспортировки и укладки бетонной смеси и не освобождают от необходимости ухаживать за бетоном после укладки.

1. Нагрев основы для укладываемого бетона и сохранение тепла после укладки

Основание, на которое укладывают бетонную смесь, опалубку и арматуру очищают от снега и наледи, отогревают до положительных температур и предохраняют от замерзания, пока уложенный бетон не наберет требуемую прочность.

Бетон сам выделяет тепло при твердении в результате химических реакций. Чтобы сохранить это тепло, свежеуложенный бетон укрывают пленкой и сверху засыпают опилками.

1. Прогревание опалубки до момента набора необходимой прочности

Метод «термоса»: имеющая положительную температуру (обычно в пределах 15. 30°С) бетонная смесь укладывается в утепленную опалубку. Бетон набирает заданную прочность за счет начального теплосодержания и тепловыделения цемента.

«Горячий термос»: суть метода заключается в кратковременном разогреве бетонной смеси до температуры 60. 80°С, уплотнении в горячем состоянии и термосном выдерживании или с дополнительным обогревом. В условиях строительной площадки разогрев бетонной смеси осуществляют электрическим током.

Контактный (кондуктивный) нагрев: при данном методе применяют преимущественно термоактивные (греющие) опалубки и термоактивные гибкие покрытия (ТАГП). Греющая опалубка имеет палубу из металлического листа или водостойкой фанеры, с тыльной стороны которой расположены электрические нагревательные элементы.

Существует ряд других способов прогрева опалубки, например, инфракрасный и индукционный, но они редко применяются в частном строительстве ввиду своей сложности.

По любым вопросам, связанным с зимним бетонированием, Вас готовы проконсультировать специалисты компании «Бетонофф».

Методы зимнего бетонирования железобетонных конструкций

Одной из основных проблем строительного периода, связанных с применением бетона и железобетона, является проблема эффективного бетонирования. Важнейшим из условий эффективного бетонирования является температурный режим твердения бетона, получаемый различными приемами, исходя из реальных условий, которые существуют или могут быть созданы на конкретном объекте. Изменение температурного состояния конструкций в строительный период происходит вследствие выделения теплоты гидратации цемента, колебаний температуры наружного воздуха, солнечной инсоляции, технологических факторов и др.
При любом способе производства бетонных работ, бетон следует предохранять от замерзания до приобретения им критической прочности. Критическая прочность бетона- прочность бетона в процентах от прочности, соответствующей проектному классу бетона после достижения, которой бетон может быть заморожен без снижения его прочности и других показателей в процессе последующего твердения после оттаивания.
Оптимальной температурой среды для твердения бетона условно считается 15-20°С (нормальные условия). При пониженной температуре прочность бетона нарастает медленнее, чем при оптимальной. При температуре бетона ниже 0°С твердение практически прекращается, так как замедляется процесс гидратации цемента. В зимний период наблюдаются частые переходы температуры через 0°С, что непосредственно отражается на твердении бетона. Результаты лабораторных испытаний показывают, что замораживание бетона в раннем возрасте приводит к потере прочности, примерно на 40%, которая не восстанавливается при последующем твердении в условиях положительной температуры. Замораживание бетона после набора критической прочности практически не отражается на его механических характеристиках. Поэтому в зимнее время применяются специальные способы производства работ, обеспечивающие ускоренное твердение бетона, чтобы бетон к моменту замерзания успел набрать минимум 50% проектной прочности.
Методы зимнего бетонирования:
1. Использование добавок, в том числе противоморозных;
2. Регулирование температуры подаваемой бетонной смеси (выдерживание бетона способом термоса);
3. Проведение бетонных работ во временном укрытии (тепляке);
4. Установка теплоизоляции на поверхности бетонного блока;
5. Электротермообработка бетона (электродный прогрев, индукционный нагрев, метод греющего провода и т.п.);
6 Термоактивная опалубка и инфракрасный обогрев бетона.
К одним из наиболее распространённых методов бетонирования в зимних условиях является электропрогрев бетона и производство железобетонных работ в плоских тепляках.
Метод зимнего бетонирования с помощью электродного прогрева считается наиболее эффективным в силу надежности и простоты монтажа, более высокой на 10-12% тепловой эффективности при сквозном прогреве бетона протяженных конструкций струнными электродами, быстрое достижение повышенных температур с более равномерным распределением температурных полей. Провод для прогрева бетона ПНСВ – это токопроводящая жила, которая обладает изоляционным покрытием. Защита может быть выполнена из полиэстера или поливинилхлорида.
Для прогрева бетона проводом ПНСВ его погружают в бетон, после подают напряжение. Провод ПНСВ равномерно распределяется витками по площади прогрева шагом 2,5-20 см. в зависимости от места прогрева бетона.
Другим методом является производство железобетонных работ в плоских тепляках. Арматуру и опалубку перекрытия укладывают на открытом воздухе и закрывают сверху. Образующееся замкнутое пространство начинают обогревать за сутки до укладки бетона. При бетонировании перекрытия каждая забетонированная часть его должна быть снова покрыта брезентом или соломитовыми матами, укладываемыми по доскам на ребро. Между верхом плиты и теплоограждением промежуток должен составлять около 20мм. Для доступа тепла в получаемое пространство в нижней части опалубки и бетоне плит устраивают отверстия, через которые поступает теплых воздух или пар и обогревает верхнюю поверхность плиты. Температура внутри тепляка составляет примерно +5 0С.
Таким образом, при бетонировании в зимних условиях, решается следующая важная технологическая задача: обеспечение тепло-влажностного режима выдерживания уложенной в конструкцию бетонной смеси, позволяющий ей в максимально короткие сроки набрать заданную прочность с возможностью восприятия расчетной нагрузки.

Зимний бетон: бетонирование в условиях холода

Вопрос о том, как вести бетонирование в зимний период, весьма актуален. В промышленном, гражданском, военном строительстве необходима непрерывность процесса при любых внешних температурах. Нередко такая потребность возникает и в частном секторе.

Между тем в большинстве российских регионов отрицательные температуры держатся в среднем по полгода. Это требует разработки и применения эффективных технологий мероприятий с бетоном в холодный период.

Что такое зимнее бетонирование

Для начала уточним, что подразумевается под понятием зимнее бетонирование. Оно не определяется «на глазок» и не ориентируется на календарные даты. Есть очень четкий критерий. В соответствии с СП 70.13330.2012, регламентирующим несущие и ограждающие конструкции, так называется проведение бетонных работ, когда среднесуточные температуры наружного воздуха ниже +5°С, а минимальные суточные температуры ниже 0°С. Таким образом, под это определение подпадает ведение «мокрых» работ в достаточно широком диапазоне температур и охвате времен года – от поздней осени до ранней весны, независимо от выпадения снега. В этом же нормативе указано, что укладка бетона при отрицательных температурах возможна только при создании определенных условий, обеспечивающих получение необходимых свойств и характеристик стройматериала и, соответственно, конструкций из него. Иначе это приведет к неисправимым изменениям в структуре.

Особенности зимнего бетонирования

Холодный воздух негативно влияет на схватывание бетона и достижение им необходимой прочности. Чем температурные показатели дальше от оптимальных, тем медленнее идет твердение и набор прочности стройматериала, а при приближении к нулевой отметке эти процессы практически замирают. Причина в том, что для наступления реакций гидратации (образования молекулярных связей) при смешивании цемента с водой требуется определенное время, поэтому внутри бетонной смеси довольно долго сохраняется свободная вода. В условиях низких температур она замерзает, реакции гидратации останавливаются, и даже при дальнейшем оттаивании смеси прочность конечного продукта будет ниже требуемой.

Кристаллизация воды не только негативно сказывается на реакциях гидратации, но и существенно повышает пористость материала. При замерзании заполнившей пустоты воды происходит увеличение внутреннего давления, материал расширяется, и арматура недостаточно сцепляется с бетоном. Это снижает прочность и морозостойкость искусственного камня.

Таким образом, бетонирование в зимнее время должно решить следующие задачи:

• предотвратить замерзание бетонной смеси в ходе перевозки, укладки и уплотнения;
• не допустить замерзания «мокрого» бетона до набора им критической прочности;
• создать благоприятные по температуре и влажности условия для набора бетоном прочности в процессе затвердения.

Зимнее бетонирование должно обеспечить набор критической прочности стройматериала, которая составляет 30–50% от проектной прочности. При наличии необходимых условий она набирается через 3-5 дней после заливки. Таким необходимым условием является оптимальная температура бетонной смеси. Она должна быть не ниже 5°С для стандартной заливки монолитных конструкций и не ниже 20°С для тонкого слоя.

Важно! Для получения зимнего бетона следует применять портландцементы и высокомарочные быстротвердеющие цементы. Марка бетона должна быть не ниже М400 (B 32,5).

Технологии бетонирования зимой

Все методы зимнего бетонирования делятся на две категории: «теплый» и «холодный» бетон.

1. В первую группу входит материал, который тем или иным способом подогревается. Сюда относятся:

• Метод термоса, основанный на использовании собственного тепла бетонной смеси. Она замешивается на теплой (70-80°С) воде и заранее прогретых заполнителях. Опалубку также прогревают, а залитый бетон укрывают теплоизолирующим материалом. Данная технология зимнего бетонирования подходит для крупных массивных конструкций с толстыми стенками. Вариант – метод горячего сухого термоса, при котором бетонную смесь можно укладывать даже на промерзшее основание, если предварительно засыпать его горячим (200–300°С) керамзитом.
• Устройство тепляков. Над залитым бетоном сооружают шатры, внутри которых устанавливают тепловые пушки или горелки для поддержания нужной температуры.
• Искусственный прогрев бетона различными способами (проводом, электродами, инфракрасным излучением, кондуктивным, индукционным методом и т.д.).

Следует учесть, что для прогрева и обогрева бетона потребуется дополнительное оборудование и расход электроэнергии, к тому же надо будет постоянно контролировать температуру в толще бетона во избежание большого температурного градиента.

2. «Холодным» бетоном называют методы зимнего бетонирования с применением противоморозных добавок и ускорителей твердения бетона. Некоторые присадки сочетают эти функции со свойствами пластификаторов. Преимущества «холодного» метода:

• возможность бетонирования при низких температурах вплоть до -20°С.
• не требуется тепловой обработки уложенного бетона;
• снижение расхода воды.
• увеличение прочности бетона не менее чем на 10%;
• усиление сцепления с арматурой;
• повышение водонепроницаемости и морозостойкости бетона.

Конкретные способы зимнего бетонирования выбирают в зависимости от ряда факторов: имеющегося оборудования, типа конструкции, температуры воздуха, состава бетонной смеси, наличия и типа армирующих элементов, рентабельности.

Уход за бетоном в зимний период

Основные правила по уходу за бетоном зимой изложены в уже упомянутом СП 70.13330.2012. Согласно этому документу, температурно-влажностное выдерживание бетона в зимних условиях производят следующими способами:

• методом термоса;
• с применением противоморозных добавок;
• с электротермообработкой бетона;
• с обогревом горячим воздухом, в тепляках.

В Своде правил подробно рассматривается, в каких условиях и каким образом применять ту или иную методику ухода за набирающим прочность бетоном, а также приведены правила контроля этого процесса. Так, следует обратить внимание, что при электродном зимнем прогреве бетона недопустимо использовать в качестве электродов арматуру заливаемой конструкции.

Данный вид прогрева проводится до набора бетоном не более 50% расчетной прочности. Если требуемая прочность бетона превышает этот показатель, для дальнейшего ухода за бетоном применяется способ термоса.

На практике, в особенности в частном секторе, широко применяется также дополнительное утепление опалубки. Это очень актуально для небольших конструкций, зимой промерзающих насквозь.

Зимнее бетонирование

Современное строительство все чаще и чаще прибегает к устройству бетонных и железобетонных конструкций.

В условиях роста городов и строительства многоэтажных зданий остановка процесса означает потерю денег. Поэтому остро стоит вопрос зимнего бетонирования, которое требует тщательного подхода.

Специалисты считают, что идеальные условия для набора прочности бетона — это температура окружающего воздуха +20 ˚C, при такой температуре процесс гидратации цемента в бетонной смеси проходит более равномерно и бетон набирает максимальную прочность за 28 суток. При понижении температуры до +5 ˚C процесс твердения бетона увеличивается в два раза и вместо 28 суток набор прочности происходит за 56 суток.

У профессионалов есть еще одно понятие, которое важно для понимания процессов – критическая прочность. Это прочность, при которой замораживание бетона уже не может нарушить его структуру и повлиять на его конечную прочность.

Величина нормируемой критической прочности зависит от факторов, включающих класс применяемого бетона, типа монолитной конструкции, условия его выдерживания, срока приложения проектной нагрузки к конструкции, условий эксплуатации.

Чаще всего критическая прочность составляет:

— для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой – 50 % от проектной прочности; конструкций с предварительно напрягаемой арматурой – 80 % от проектной прочности; — конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию или расположенных в зоне сезонного оттаивания вечномерзлых грунтов, – 70 % от проектной прочности; — конструкций, нагружаемых расчетной нагрузкой, – 100 % проектной прочности; для не несущих конструкций – критическая прочность должна быть не ниже 5 МПа (50 кгс/см²).

При температуре +20 ˚C критическая прочность набирается ориентировочно за трое суток; при +5 ˚C — примерно за 7 суток.

При дальнейшем понижении температуры до нулевой или отрицательной, процесс гидратации останавливается и прочность не набирается.

Бетон, не набравший критическую прочность во время заливки и выдерживания, после оттаивания будет разрушаться и можно смело говорить, что вся проделанная работа выполнена не корректно и приведет к финансовым потерям, так как будет предстоять выемка этого бетона и заливка новой бетонной конструкции.

Но если бетон замёрзнет, набрав критическую прочность, то после оттаивания процесс гидратации возобновится, и бетон наберёт расчетную прочность. То есть, обязательным условием зимнего бетонирования является набор прочности на ранней стадии твердения, что невозможно при отрицательной температуре без применения дополнительных средств и технологий.

Есть два способа обеспечения нормальной заливки бетона в зимний период и их сочетания (комбинация):

Важно учитывать, что эти способы применяются на бетонах, подготовленных правильным образом для текущих условий в соответствии с требованиями СНиП 3.03.01 «Несущие и ограждающие конструкции».

При производстве бетонных работ в зимних условиях бетонная смесь должна изготавливаться на стационарных или передвижных бетоносмесителях, располагающихся, как правило, в отапливаемых помещениях.

Температура бетонной смеси зимой при ее выгрузке из бетоносмесителя должна быть такой, чтобы после теплопотерь, связанных с перевозкой смеси от завода к объекту, она была не ниже расчетной температуры, необходимой для принятого режима выдерживания бетона.

Например, минимально необходимая температура бетонной смеси сразу же после ее укладки в конструкцию при применении электрического прогрева должна быть не менее +5°С, при использовании способа «термос» – не менее +25°С; при применении бетонов с противоморозными добавками – не ниже +5°С.

Теперь, давайте поговорим о способах обеспечения заливки.

Химический способ основан на добавлении в бетонную смесь составов, ускоряющих твердение бетона и/или снижающих температуру замерзания воды.

Например, раствор Формиата натрия (натриевой соли муравьиной кислоты) снижает температуру замерзания воды до –10°С, но при этом ведет, в последующем, к выделению на поверхности бетонной конструкции, так называемых высолов (белесый слой, затрудняющий последующие отделочные работы). Особенно высолы видны на кирпичной кладке, если формиат натрия добавляют в кладочную смесь. Также он действует как окислитель на арматуру, вызывая ускорение коррозии.

Другой пример – это комплексный ускоритель твердения, пластификатор «СТРОЙМОСТ «МОРОЗСТОП» для бетонных и растворных цементных смесей, выполняющий сразу несколько функций: противоморозную (до –25°С), пластифицирующую и функцию, водоредуцирующую состав. Но, после его применения, на поверхности изделия не появляется солевых пятен. А за счет электролитических способностей «СТРОЙМОСТ «МОРОЗСТОП» улучшает структуру кристаллической решетки бетонного камня.

Есть ещё составы на основе Нитрит натрия NaNO₂ — натрий азотистокислый (нитритная соль), который является сильным окислителем. Несмотря на то, что он токсичен, его рекомендует ГОСТ 24211 («Добавки для бетонов. Общие технические требования») к использованию в качестве противоморозной добавки при возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций, монолитных частей сборно-монолитных конструкций, замоноличивания стыков сборных конструкций при устойчивой среднесуточной температуре окружающего воздуха или грунта ниже 5 °C и минимальной суточной температуре ниже 0 °C, а также при изготовлении сборных бетонных и железобетонных конструкций в зимнее время в условиях строительной площадки. Использование Нитрит натрия также приводит к появлению солевых пятен.

Химический метод имеет ряд плюсов и ряд минусов. Так к плюсам можно отнести условную дешевизну и низкий уровень подготовки рабочей силы, производящей заливку.

Тепловой способ, в свою очередь, подразделяется на два варианта:

— прогрев бетона (электрообогрев, контактный, индукционный и инфракрасный нагрев, конвективный обогрев) — так называемый «термос-тепляк».

Эти способы считаются очень эффективными, но технически более сложными и дорогостоящими; требуют высокой профессиональной подготовки профессионалов.

К плюсам можно отнести широкий диапазон температур, при котором можно производить заливку (до -45°С).

Очень часто способы обеспечения заливки бетона в зимний период комбинируют для получения качественного и быстрого результата.

Так, например, использование добавки «СТРОЙМОСТ «МОРОЗСТОП» и кабельного прогрева бетона позволяет ускорить набор критической прочности в 1,5-2 раза (относительно использования способов порознь), что ведет к увеличению производительности в многоэтажном монолитном строительстве.

Широкое применение получили следующие противоморозные добавки: «СТРОЙМОСТ «МОРОЗСТОП» — ускоритель твердения для бетонных и растворных цементных смесей противоморозный + пластифицирующий + водоредуцирующий + с низким расходом. Готовый к применению водный состав на основе кальцево-кремниевых гидрозолях. Не имеет запаха, не оказывает вредного воздействия на человека и окружающую среду.

Формиат натрия NaCOOH — натриевая соль муравьиной кислоты (натрий муравьино-кислый) — противоморозная добавка при установившейся среднесуточной температуре наружного воздуха ниже 5 °C.