Механизм твердения бетона при отрицательных температурах. Критическая прочность бетона

Распространенные пути решения проблемы

Изначально следует отметить, что календарное наступление зимы к строительным работам имеет косвенное отношение. Согласно СНиП 3.03.01, холодный сезон наступает при понижении среднесуточной температуры до 5?С и вероятностью кратковременных заморозков в ночное время суток.

Теперь давайте рассмотрим, чем же опасна для свежей бетонной заливки пониженная температура.

В качестве ориентира принимается оптимальная для застывания массива температура в 20 ?С.

  • При такой температуре, монолит набирает заданную прочность в 70% за 5 – 7 суток, условно считается неделя. При понижении температуры до 5 ?С процессы твердения в бетоне замедляются и та же прочность набирается за 3 – 4 недели.
  • Как известно, катализатором большинства химических реакций является повышенная температура. Процесс бетонирования не является здесь исключением.
  • Так, например, на заводах по производству ЖБИ, в технологическом процессе обязательно используется пропаривание, когда изделие помещается в паровую камеру с температурой 70 – 80 ?С и повышенной влажностью. В результате, пресловутые 70% набираются за 8 – 24 часа.
  • Но если при температурах близких к 0 ?С процесс гидратации в растворе только замедляется, то при замораживании он вообще останавливается. Причина проста и известна из школьной программы, вода замерзает и реакция прекращается. Вода, в жидком ее состоянии, является обязательным условием, при котором способен образовываться цементный камень и соответственно созревать бетон.
  • Согласно существующим строительным нормам, при 20 ?С, регламент на полный набор прочности монолита составляет 28 суток. В зимний период инструкция по заливке может сильно отличаться от традиционной. В настоящее время существует несколько путей для решения этой проблемы.

Влияние температуры на набор прочности.

Важно: принято считать, что критическая прочность бетона при зимнем бетонировании составляет не менее 50%. Иными словами, если монолит наберет крепость в 50% или более и после этого замерзнет, то при оттаивании процессы созревания в нем продолжаться, без потери качества. В противном случае характеристики бетона могут значительно поменяться в худшую сторону.

Как известно данная проблема существует с момента появления самого бетона, и решить ее пытались всегда. Современные методы зимнего бетонирования развиваются по нескольким направлениям.

Выбор способа защиты монолита.

Теплый раствор

При разумном подходе начинать следует с приготовления раствора, потому как температуру легче сохранить, чем впоследствии заново разогревать монолит.

  • Распространенной ошибкой неопытных строителей является использование для приготовления раствора кипятка. В этом случае состав просто «заваривается».
  • Оптимальная температура воды для приготовления теплого раствора 60 — 70?С. Для некоторых видов портландцемента и быстротвердеющего цемента может использоваться вода с температурой 80?С. Остальные составляющие также следует разогреть примерно до такой же температуры.
  • Важным моментом здесь является технология замешивания раствора. Если в теплое время года все ингредиенты засыпаются в наполненную водой бетономешалку одновременно. То в зимнее время, при загрузке своими руками, после того как вы залили теплую воду, в нее засыпается щебень или иной крупный наполнитель и делается несколько оборотов. Только после этого можно добавлять цемент, песок и доводить раствор до нужной кондиции.

Схема газовой пушки для обогрева.

Совет: в холодное время года, время вымешивания раствора в бетономешалке рекомендуется увеличить минимум на четверть.

  • Приготовить теплый состав правильно это конечно важно, но не менее важно его быстро доставить на стройку. Сейчас для этой цели применяются современные машины, оборудованные электрическим или газовым подогревом изнутри. Некоторые компании монтируют мини-заводы ЖБИ непосредственно на стройке.

Метод термоса

Утепленная опалубка.

  • Порядка 50 лет назад гениальный Советский ученый И.А.Кириенко разработал метод термоса при зимнем бетонировании. Несмотря на столь преклонный возраст, данная технология с успехом используется до сего дня.
  • Суть технологии заключается в обустройстве особой опалубки из теплоизоляционных материалов. В классическом варианте в теплоизолированную опалубку заливается раствор и по возможности герметизируется. Процесс гидратации цемента сопровождается активным тепловыделением и за счет выделенного тепла монолит дозревает.
  • Но на протяжении длительного времени технология совершенствовалась и в настоящий момент в специальную опалубку для бетона заливается предварительно разогретый состав. Плюс в него добавляются специальные присадки активизирующие процесс теплоотдачи. Замечено, что самое высокое выделение тепла в быстротвердеющих составах, например в портландцементе.
  • Кроме этого появился так называемый метод горячего термоса. Суть его в том, что раствор на короткое время доводят до температуры порядка 70?С, после чего заливают в термоопалубку, оборудованную электроподогревом, и уплотняют. В результате за короткое время, до 3 суток, бетон созревает на 70%.

Промышленный тепловентилятор.

  • На данный момент бетонирование в зимнее время с обогревом разного рода электроприборами получило широкое распространение. Этому способствует относительно небольшая энергоемкость, а также доступность и простота метода.
  • Хотя здесь есть один существенный минус, не каждый хозяин может позволить себе приобрести соответствующей мощности трансформатор и сопутствующую аппаратуру к нему.
  • Чаще всего к электродам различной конфигурации подводится напряжение, а сам бетонный монолит выступает как большое сопротивление, благодаря чему нагревается. Самыми эффективными для этого считаются пластинчатые электроды, которые закрепляются непосредственно на опалубку.

Трансформатор для прогрева.

  • Также распространен способ подведения напряжения к арматурному каркасу, где он исполняет роль индукционной катушки или натягивание нескольких нагревающих нитей внутри монолита.
  • В последние несколько лет широкое распространение получил разогрев разного рода конструкций, в том числе и бетонных, при помощи инфракрасного излучения. Цена на инфракрасные лампы невелика, плюс энергии они потребляют намного меньше, нежели традиционные обогреватели. Достаточно защитить конструкцию от ветра и желательно покрасить в черный цвет.

Электрическое одеяло для монолита.

В прошлом этот метод был самым распространенным.

Но, несмотря на появление множества новых технологий, он по-прежнему пользуется большой популярностью.

  • Технологию смело можно назвать самой простой, суть ее в том, что вокруг залитого монолита сооружается каркас и закрывается техническим полиэтиленом или брезентом.
  • После чего в такую палатку устанавливается электрическая или газовая тепловая пушка и нагнетается горячий воздух. С точки зрения энергоемкости способ едва ли не самый затратный. В настоящее время он больше используется для обогрева конструкций в закрытых, не отапливаемых зданиях, новостройках.

Принцип действия парогенератора.

Важно: таким образом можно легко организовать пропаривание конструкции, что на порядок ускорит сроки созревания бетона, но для этого вам понадобится парогенератор. Плюс могут возникнуть проблемы с замерзанием конденсата вытекающего из-под тепляка.

Способы зимнего бетонирования

При снижении температуры бетона ниже 50С  его твердение и нарастание его прочности резко замедляются, а при температуре равной температуре замерзания практически прекращаются. При отрицательных температурах вода в свежеуложенном бетоне может и замерзнуть. Одновременно прекращается не только твердение бетона, но и под воздействием льда может начаться разрушение слабой структуры бетона.

Механизм твердения бетона при отрицательных температурах. Критическая прочность бетона

Есть 3 способа создать благоприятные условия для твердения бетона зимой при отрицательных температурах окружающего воздуха:

  1. Бетонирование производят предварительно разогретой бетонной смесью, а далее  сохраняют тепло в бетоне;
  2. Используют обогрев сформированных бетонных конструкций;
  3. Для приготовления бетонной смеси используют противоморозные химические добавки.

Чаще всего зимнее бетонирование  производят с  использованием сочетания вышеперечисленных мероприятий.

Станция для прогрева бетона СПБ-35 Дуга

Производят в процессе приготовления бетона. Температуру разогрева выбирают в зависимости от длительности и способа транспортировки бетона к месту укладки и температуры окружающего воздуха. Важно, чтобы к моменту окончания формирования монолитной бетонной конструкции температура в теле бетона не опустилась ниже 150С .

После кладки бетонной смеси конструкцию накрывают теплоизолирующим материалом, чтобы твердение бетона происходило при положительной температуре.  Бетонирование массивных монолитных конструкций производят с учетом температуры, выделяющейся при гидратации цемента. Для определения точной температуры внутри твердеющего бетона в него помещают датчики температуры.

Обогрев конструкций

для поднятия температуры в теле бетона используют электрический и инфракрасный прогрев.

Механизм твердения бетона при отрицательных температурах. Критическая прочность бетона

используют  для предотвращения замерзания бетона при транспортировке и укладке бетонной смеси. В качестве противоморозных добавок для приготовления бетона используют:

  • хлорид кальция (ХК);
  • нитрат кальция (НК);
  • смесь, состоящую из нитрита кальция и нитрата кальция (ННК);
  • смесь из нитрита, нитрата и хлорида кальция (ННХК);
  • хлорид натрия (ХН);
  • нитрит натрия (НН);
  • сульфат натрия (СН);
  • карбамид (мочевина);
  • поташ (П);
  • формиат натрия;
  • фильтрат технического пентаэритрита.

ХК и СН – наиболее эффективные противоморозные добавки. При этом они могут вызывать коррозию арматуры и образовывать высолы (белый налет) на поверхности. Поэтому их применение строго ограничено. Бетонные смеси с входящими в их состав небольших дозировок НК и формиата натрия можно использовать при температуре окружающего воздуха до -200С, не опасаясь коррозии арматуры и появления высолов на поверхности бетона.

Противоморозные добавки исполняют сразу две функции: они укоряют твердение бетона и одновременно понижают температуру замерзания воды. Вода остается в жидком виде, что позволяет бетону твердеть и при температурах ниже нуля.

При зимнем бетонировании часто возникают следующие ошибки:

  • увеличивается время, необходимое для отделки поверхности бетона;
  • увеличение стоимости бетонирования;
  • формируется слабая пылящая бетонная поверхность;
  • образуются трещины.

Чтобы избежать вышеперечисленных последствий необходимо в процессе приготовления и укладки бетонной смеси придерживаться следующих рекомендаций.

При заливке бетона зимой нужно помнить о необходимости соблюдения температурного режима бетонной смеси:

  • свежеприготовленная бетонная смесь должна иметь температуру не выше 30оС;
  • бетонная смесь при заливке бетона в условиях среднесуточной температуры воздуха от 5°C до — 3°C должна иметь температуру: при марке бетона от М200 и выше – не менее 5°C; при меньшей марке бетона – не менее 10°C;
  • если температура воздуха ниже — 3°C, то безопасное бетонирование возможно при поддержании температуры бетонной смеси на уровне не ниже 10 °C в течение 3 дней.

Бетонную смесь для заливки бетона при низких температурах готовят с учетом следующего:

  • используют повышенное содержание цемента;
  • снижают водоцементное соотношение;
  • зернистые наполнители предварительно подогревают до 35°C;
  • воду подогревают до   70°C;
  • подогретую воду предварительно смешивают  зернистым наполнителем и только потом добавляют цемент;
  • при использовании бетономешалки ингредиенты подают в следующем порядке: зернистый заполнитель основная часть подогретой воды; делаем несколько оборотов; заливаем оставшуюся часть воды. Продолжительность перемешивания минимум 1,5-2 минуты (в 1,5 раза больше чем в соответствии с летними нормами);
  • используют противоморозные и воздухововлекающие добавки;
  • бетонную смесь подогревают до температуры не выше 30°C;
  • продолжительность вибрирования увеличивается в 1,25 раза.
  • предварительно подогретую бетонную смесь и смесь с противоморозними добавками можно укладывать на неотогретое непучинистое основание (песчаную подушку) или старый бетон только в том случае, если в соответствии с расчетами в зоне контакта на протяжении расчетного периода выдерживания бетона не произойдет его замерзания;
  • бетонную смесь после укладки и уплотнения укрывают полимерной пленкой, а также теплоизолирующими материалами, что позволяет сохранить тепло, выделяющееся в процессе гидратации цемента;
  • для того, чтобы быть уверенным в прочности монолитного фундамента, нужно помнить: если  в течение 28 суток среднесуточные температуры могут опускаться ниже 5°C , — бетонировать фундамент не рекомендуется;
  • оставлять малозаглубленные (незаглубленные) фундаменты незагруженными в зимний период — нельзя. Если этого не избежать, то вокруг фунда­мента сооружается теплоизоляционное покрытие. Для этого используют любые материалы, предохраняющие грунт от промерзания, например: опилки, шлак, керамзит и т.п. Выпуски арматуры  утепляют на высоту не менее чем 0,5 м.

Ниже будут рассмотрены все существующие методы зимнего бетонирования, их области применения, а также даны рекомендации по выбору метода выдерживания бетона в зависимости от вида возводимых монолитных железобетонных конструкций в зимний период времени при низких температурах.

Методы зимнего бетонирования

Особенности технологии

Примерный  расход энергии,
(кВт/ч)/м3

Область применения

«Термос»

В момент укладки температура бетонной
смеси не менее 10оС;

опалубка – утепленная;

скорость остывания бетона — не более 50С/ч.

Массивные конструкции, в которых модуль поверхности (отношение площади
поверхности возводимой конструкции к ее объему) Мп{amp}lt;3

Сквозной электродный прогрев

Подъем температуры:

со скоростью не более 10оС/ч;

Температура изотермы — не более 50оС;

Продолжительность прогрева: до
достижения критической прочности

80 – 110

Бетонные малоармированные конструкции: МП от
3 до 10, толщина – до 50 см

Периферийный электрообогрев

Подъем температуры: со скоростью не
более 150С/ч;

Температура изотермы — не более 50оС;

Продолжительность прогрева: до
достижения критической прочности

90 – 120

Конструкции, в которых МП {amp}lt; 15;

— при толщине до 20 см — односторонний прогрев и утепленная опалубка;

— при толщине более 20 см – двусторонний прогрев.

Предварительный форсированный электроразогрев,
в том числе в опалубке с повторным вибрированием

Разогрев бетонной смеси за 10 – 15 мин
до 70 –80оС. в бункерах /опалубке (после уплотнения).

При МП{amp}lt;5 достаточно «термосно» выдержать в утепленной опалубке.

При МП {amp}gt;5 может
понадобиться дополнительный обогрев

40 – 80

Конструкции, в которых МП {amp}lt; 8.

Кондуктивный обогрев или «греющая опалубка»

Подъем температуры: со скоростью не
более 10оС/ч;

Температура изотермы — не более 50оС;

Продолжительность прогрева: до
достижения критической прочности

100 – 130

МП {amp}gt; 8.

Электропрогрев греющими проводами

Подъем температуры: со скоростью не
более 100С/ч;

Температура изотермы — не более 50оС;

на контакте с бетоном температура
нагревателя не более 80оС;

продолжительность прогрева: до
достижения критической прочности

80 – 110

МП {amp}gt; 10.

Обогрев инфракрасными излучателями

Температура нагреваемой бетонной
поверхности — не выше 80оС;

защита от испарения воды из бетона –
обязательна

120 – 200

Эффективно для стен и перекрытий

Индукционный прогрев

Подъем температуры: со скоростью не
более 150С/ч;

Температура изотермы — не более 50оС;

температура бетона на контакте с
арматурой — не более 80оС;

продолжительность прогрева: до
достижения критической прочности

100 – 150

Густоармированные железобетонные конструкции линейного типа

Конвективный прогрев (тепляки, электрокалориферы)

Камерный традиционный (общий) тепляк при
температуре до 20оС.

Локальный камерный тепляк.

120 – 200

Конструкции с показателем МП {amp}gt; 10 в замкнутых пространствах
и температуре наружного воздуха выше минус 30оС

Безообогревный с применением химических добавок

Ограничения по виду добавок: зависит от
вида арматуры и требований к качеству поверхности

Ограничение по температуре наружного воздуха: до
минус 15оС

Паропрогрев (глухим или острым паром)

Подъем температуры: со скоростью не
более 15оС/ч;

Температура изотермы — не более 50оС;

Продолжительность прогрева: до
достижения критической прочности

90 – 140

Для любых конструкций, требующих обогрева

Вид конструкций, возводимых при зимнем бетонировании

Минимальная
температура воздуха, 0
С

Методы
зимнего бетонирования

Массивные железобетонные и бетонные фундаменты, плиты и блоки с Мп до 3

До -15

Термос

До -25

Термос  ускорители твердения бетона.

Термос  противоморозные добавки (применяют в комплексе с пластифицирующими добавками)

Фундаменты (под конструкции зданий/оборудование/массивные стены) с Мп 3 – 6

До -15

Термос, в т.ч. с использованием противоморозных добавок/ ускорителей твердения

До -25

«Греющая опалубка».

Предварительный разогрев бетонной смеси.

До -40

«Греющая опалубка».

Периферийный электропрогрев.

Балки, колонны, элементы рамных конструкций, прогоны, свайные ростверки, перекрытия, стены с Мп 6 – 10

До
-15

Термос  противоморозные добавки, обогрев в «греющей опалубке» нагревательными проводами.

Предварительный разогрев бетона, индукционный нагрев

До -40

Обогрев в «греющей опалубке» нагревательными
проводами в сочетании с термоактивными

гибкими покрытиями (ТАГП) противоморозные добавки

Полы, плиты перекрытий, перегородки, тонкостенные конструкции с Мп10 – 20

До -40

То же

Морозостойкие добавки в раствор

Присадка для раствора.

Механизм твердения бетона при отрицательных температурах. Критическая прочность бетона

Среди специалистов данный метод носит название холодного бетонирования. Как говорилось ранее, без воды гидратация цемента невозможна. Но, кроме того что воду можно разогреть, еще можно использовать добавки для зимнего бетонирования которые снизят температуру замерзания воды и ускорят процессы созревания монолита.

На рынке в данный момент присутствуют 3 направления создания подобного рода присадок.

Мы не беремся утверждать, что какие-то из них лучше или хуже, просто каждое направление разрабатывалось для узко определенных целей.

  • Данная группа призвана слегка ускорять или замедлять процессы созревания раствора. Больше всего в ней применяются разного рода электролиты, но встречаются и многоатомные спирты, карбамиды и органические составы.
  • Важно: электролитические присадки запрещено использовать при создании фундаментов под электроприборы или электропроводные конструкции. В виду их повышенной электропроводности и наличия вихревых токов.

    Сухие присадки.

  • Следующая группа ориентирована на усиление антифризных качеств состава, она значительно ускоряет процессы схватывания и созревания раствора. Широкое распространение здесь получили соединения и производные от хлорида кальция.
  • В данной группе антифризные свойства выделены меньше, но она значительно ускоряет процессы созревания. Отличительной особенностью здесь является то, что эти добавки способствует увеличению температуры раствора, что нашло свое применение при использовании «термоса».
  • Монокарбоновая соль.

    • Из-за приемлемой стоимости и простоты использования, наиболее распространенным в данной нише считается «Поташ». Это не что иное, как некоторые виды солей монокарбоновой кислоты. Они хороши еще тем, что при условии правильного дозирования можно делать составы выдерживающие температуру до -30 ?С.
    • Но в этом случае нужно строго соблюдать пропорции и помнить, что больше не значит лучше, при усилении одних свойств раствора вы можете понизить другие.
    • Крупные строительные организации, при возведении новостроек часто используют нитрит натрия. Цена здесь также вполне доступна, но для его применения нужно обладать определенными профессиональными знаниями. Дело в том, что данный состав легко воспламеняется, плюс при контакте с пластификаторами может активно выделять токсичные газы. Сам он также обладает резким запахом.
    • Нитрит натрия показывает самые лучшие результаты в быстротвердеющих растворах, основанных на портландцементе или шлакопортландцементе.

    Упаковка с нитритом натрия.

    Важно: специалисты категорически не рекомендуют использовать нитрит натрия для глиноземных видов цемента.

    • Присадки типа морозо-пласт или морозо-бет, относятся к составам с комплексным действием. Кроме увеличения коэффициента морозостойкости, они придают раствору хорошую пластичность и прочие полезные качества.

    Какие могут быть последствия

    Зачастую иногда бывает так, что во второй половине осени приходят заморозки на несколько дней и дальше стоит теплая погода еще целый месяц. Если вы не успели утеплить монолит и его, все-таки прихватило, не отчаивайтесь.

    Глубоко бетон не промерзнет, изнутри монолит будет подогреваться естественным путем, а кратковременное замораживание верхних слоев большого вреда не нанесет.

    • Естественно при подмораживании будет иметь место незначительная потеря прочности по сравнению с лабораторными характеристиками, но наши растворы, как правило, на это рассчитаны.
    • В свежем растворе вода является самым легким компонентом и по всем законам физики поднимается вверх, особенно это характерно для составов, которые дополнительно разбавлялись водой. В этом случае кратковременное замораживание будет даже полезно. Впоследствии монолит облупится как старая краска, пыль обметается и все.
    • В случае, когда время все же упущено, ударили крепкие морозы и потепление предвидится только весной, попытайтесь спасти то, что можно. Мы рекомендуем укутать бетон полиэтиленом, это спасет от снега и ветров.
    • Весной, когда снег начнет таить и оттепели снова начнут чередоваться с ночными заморозками, укрытый монолит сохранится, и не будет дополнительно напитываться водой и разрушаться. Конечно проектной крепости вы уже не получите, но потери могут быть не настолько болезненны.

    Прогрев бетона.

    Важно: резка железобетона алмазными кругами, равно как и алмазное бурение отверстий в бетоне в подмороженном массиве не рекомендуется, нужно дать бетону полностью созреть и только после этого производить все дальнейшие работы.

    На видео в этой статье показаны нюансы зимнего бетонирования.

    Вывод

    Зачастую особенности зимнего бетонирования заключаются в комплексном подходе. Мы перечислили вам наиболее распространенные мероприятия по защите массива в холодное время. Но специалисты не рекомендуют, не надеяться только на один способ.

    Так, например, противоморозные добавки для бетонных конструкций — вещь хорошая, но при чрезмерном употреблении они могут повредить. Поэтому разумно будет сочетать их с методом термоса и каким-либо видом электрического подогрева.

    Утепленный фундамент.

    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

    Adblock detector