Фундамент – основополагающая конструкция, от качества которого зависят геометрические, технические и эксплуатационные характеристики возводимого сооружения. Из-за специфики процесса отвердевания заливкой бетонных и железобетонных фундаментов нежелательно заниматься зимой во избежание их деформации и преждевременного разрушения. Минусовые показания термометра существенно ограничивают строительство в наших широтах. Однако в случае необходимости заливка бетона при отрицательных температурах все же может быть успешно проведена, если выбран верный способ и с точностью соблюдена технология.
Особенности зимней «национальной» заливки
Капризы природы нередко вносят коррективы в планы застройки на отечественной территории. То проливной дождь мешает рытью котлована, то шквальный ветер прерывает , то стесняет наступление дачного сезона.
Первые заморозки вообще в корне меняют ход работ, особенно если планировалась заливка бетонного монолитного основания.
Бетонная фундаментная конструкция получается в результате твердения залитой в опалубку смеси. В ее составе фигурируют три практически равных по значению компонента: заполнитель и цемент с водой. Каждый из них вносит весомый вклад в формирование прочного ж/б сооружения.
По объему и массе в теле создаваемого искусственного камня преобладает заполнитель: песок, гравий, дресва, щебень, битый кирпич и т.д. По функциональным критериям лидирует связующее вещество - цемент, доля которого в составе меньше, чем доля заполнителя в 4 -7 раз. Однако именно он связывает сыпучие компоненты воедино, но действует только в паре с водой. По сути, вода настолько же важная составляющая бетонной смеси, как и цементный порошок.
Вода в бетонной смеси обволакивает мелкодисперсные частицы цемента, вовлекая его в процесс гидратации, следом за которым наступает стадия кристаллизации. Бетонная масса не застывает, как принято говорить. Она твердеет путем постепенной потери молекул воды, происходящей от периферии к центру. Правда, в «переходе» бетонной массы в искусственный камень участвуют не только компоненты раствора.
На правильное течение процессов немалое влияние оказывает окружающая среда:
- При значениях среднесуточной температуры от +15 до +25ºС твердение бетонной массы и набор прочности проходит в нормальном темпе. В указанном режиме бетон превращается в камень через указанные в нормативах 28 дней.
- При среднесуточных показаниях термометра +5ºС твердение замедляется. Требующейся прочности бетон достигнет примерно через 56 дней, если ощутимых колебаний температур не предвидится.
- При достижении 0ºС процесс твердения приостанавливается.
- При отрицательных температурах залитая в опалубку смесь замораживается. Если монолит уже успел набрать критическую прочность, то он после оттаивания весной он бетон вновь вступит в фазу твердения и продолжит ее до полноценного набора прочности.
Критическая прочность тесно связана с маркой цемента. Чем она выше, тем меньше суток необходимо бетонной смеси до ее набора.
В случае недостаточного набора прочности перед замораживанием качество бетонного монолита будет весьма сомнительным. Замерзающая в бетонной массе вода станет кристаллизоваться и увеличиваться в объеме.
В результате возникнет внутреннее давление, разрушающее связи внутри тела бетона. Увеличится пористость, из-за которой монолит будет больше пропускать в себя влаги и слабее противостоять морозам. Как следствие, сократятся эксплуатационные сроки или вовсе придется снова делать работу с ноля.
Минусовая температура и устройство фундамента
Спорить с погодными явлениями бессмысленно, к ним нужно грамотно приспосабливаться. Потому и возникла мысль о разработке методов устройства ж/б фундаментов в наших непростых климатических условиях, возможных для реализации в холодный период.
Отметим, что применение их увеличит бюджет строительства, потому в большинстве ситуаций рекомендовано прибегать к более рациональным вариантам устройства фундаментов. Например, использовать буронабивной способ или провести заводского производства.
В распоряжении тех, кого не устраивают альтернативные способы, есть несколько проверенных удачной практикой методик. Их назначение заключается в доведении бетона до состояния критической прочности перед замораживанием.
По типу воздействия их условно можно разделить на три группы:
- Обеспечение внешнего ухода за залитой в опалубку бетонной массой до стадии набора критической прочности.
- Повышение температуры внутри бетонной массы до момента достаточного твердения. Выполняется посредством электропрогрева.
- Введение в бетонный раствор модификаторов, понижающих точку замораживания воды или активизирующий процессы.
На выбор метода зимнего бетонирования влияет внушительное количество факторов, таких как имеющиеся на площадке источники электропитания, прогноз синоптиков на период твердения, возможность привести разогретый раствор. Исходя из местной конкретики, выбирается наилучший вариант. Самой экономичной из перечисленных позиций считается третья, т.е. заливка бетона при минусовой температуре без прогрева, предопределяющая внесение модификаторов в состав.
Как залить бетонный фундамент зимой
Чтобы знать, каким методом лучше воспользоваться для выдерживания бетона до критических показателей прочности, нужно знать их характерные особенности, ознакомиться с минусами и плюсами.
Заметим, что ряд способов используется в комплексе с каким-либо аналогом, чаще всего с предварительным механическим или электрическим нагревом компонентов бетонной смеси.
Внешние условия «для созревания»
Благоприятные для твердения внешние условия создаются снаружи объекта. Заключаются в поддержании температуры среды, окружающей бетон, на нормативном уровне.
Уход за залитым «в минус» бетоном осуществляется следующими способами:
- Метод «термоса». Наиболее распространенный и не слишком затратный вариант, состоящий в защите будущего фундамента от внешних воздействий и потерь тепла. Опалубку крайне оперативно заполняют бетонной смесью, разогретой выше стандартных показателей, быстро укрывают пароизоляционными и теплоизоляционными материалами. Изоляция не дает бетонной массе остывать. К тому же в процессе твердения бетон сам выделяет около 80 ккал тепловой энергии.
- Выдерживание залитого объекта в тепляках - искусственных укрытиях, оберегающих от внешней среды и позволяющих проводить мероприятия по дополнительному прогреву воздуха. Вокруг опалубки возводятся трубчатые каркасы, укрытые брезентом или обшитые фанерой. Если для повышения температуры внутри устанавливаются жаровни или тепловые пушки для поставки нагретого воздуха, то способ переходит в следующую категорию.
- Воздушный обогрев. Предполагает сооружение вокруг объекта замкнутого пространства. По минимуму опалубку закрывают шторами из брезента или подобного материала. Желательно, чтобы шторы были с теплоизоляцией для увеличения эффекта и сокращения затрат. В случае применения штор пар или поток воздуха из тепловой пушки поставляется в зазор между ними и опалубкой.
Нельзя не заметить, что реализация указанных методов увеличит бюджет строительства. Самый рациональный «термос» заставить купить укрывной материал. Сооружение тепляка еще дороже, а если к нему еще и обогревательную систему арендовать, то стоит задуматься о цифре расходов. Их применение целесообразно, если нет альтернативы типа и залить необходимо монолитную плиту под заморозку и весеннее размораживание.
Следует помнить, что многократное размораживание разрушительно для бетона, потому внешний обогрев обязательно следует довести до требующегося параметра твердения.
Способы обогрева бетонной массы
Вторая группа методов применяется преимущественно в индустриальном строительстве, т.к. нуждается в наличии источника энергии, в точных расчетах и в участи профессионального электрика. Правда, народные умельцы в поисках ответа на вопрос, можно ли заливать обычный бетон в опалубку при минусовой температуре, нашли весьма остроумный выход с поставкой энергии сварочным аппаратом. Но и для этого нужны хотя бы первоначальные навыки и познания в непростых строительных дисциплинах.
В технической документации способы электропрогрева бетона делятся на:
- Сквозные. Согласно чему бетон прогревается электрическими токами, которые поставляют проложенные внутри опалубки электроды, которые могут быть стержневыми или струнными. Бетон в этом случае играет роль сопротивления. Расстояние между электродами и подаваемая нагрузка должны быть точно рассчитаны, а целесообразность их применения безоговорочно доказана.
- Периферийные. Принцип заключается в нагревании поверхностных зон будущего фундамента. Тепловая энергия поставляется нагревательными приборами через присоединенные к опалубке ленточные электроды. Это может быть полосовая или листовая сталь. Внутрь массива тепло распространяется за счет теплопроводности смеси. Эффективно толща бетона прогревается на глубину 20см. Дальше меньше, но при этом формируются напряжения, существенно улучшающие критерии прочности.
Методы сквозного и периферийного электропрогрева используются в неармированных и мало армированных конструкциях, т.к. арматура влияет на разогревающий эффект. При густой установке арматурных прутков токи будут замыкаться на электроды, да и формируемое поле будет неравномерным.
Электроды по окончании прогрева навсегда остаются в конструкции. В списке периферийных методик самой известной является применение греющей опалубки и инфракрасных матов, укладываемых поверх сооружаемого основания.
Наиболее рациональным способом прогрева бетона признано выдерживание с помощью электрического кабеля. Греющий провод можно проложить в конструкциях любой сложности и объема, не зависимо от частоты армирования.
Минус греющих технологий состоит в возможности пересушить бетон, потому для проведения требуются расчеты и регулярный контроль температурного состояния конструкции.
Введение добавок в бетонный раствор
Введение добавок - самый простой и дешевый способ бетонирования при минусовых температурах. Согласно нему заливка бетона зимой может выполняться без применения прогрева. Однако метод вполне может дополнять тепловую обработку внутреннего или наружного типа. Даже при использовании его вкупе с обогревом твердеющего фундамента паром, воздухом, электричеством ощущается снижение расходов.
В идеале обогащение раствора добавками лучше всего сочетать с сооружением простейшего «термоса» с утолщением теплоизоляционной оболочки на участках с меньшей толщиной, на углах и прочих выступающих частях.
Добавки, применяемые в «зимних» бетонных растворах делятся на два класса:
- Вещества и химические соединения, понижающие точку замерзания жидкости в растворе. Обеспечивают нормальное твердение при минусовых температурах. К ним отнесены поташ, хлорид кальция, хлорид натрия, нитрит натрия, их сочетания и подобные вещества. Вид добавки определяют, исходя из требований к температуре твердения раствора.
- Вещества и химические соединения, ускоряющие процесс твердения. К ним отнесены поташ, модификаторы с основой из смеси хлорида кальция с мочевиной или нитрит-нитратом кальция, его же с хлоридом натрия, одним нитрит-нитратом кальция и др.
Химические соединения вводятся в объеме от 2 до 10% от массы цементного порошка. Количество добавок подбирают, ориентируясь на ожидаемую температуру твердения искусственного камня.
В принципе, применение противоморозных добавок позволяет проводить бетонирование и при -25ºС. Но подобные эксперименты не рекомендованы строителям объектов частного сектора. На самом деле к ним прибегают поздней осенью при единичных первых заморозках или ранней весной, если бетонный камень обязательно должен отвердеть к определенному сроку, а альтернативных вариантов не имеется.
Распространенные противоморозные добавки для заливки бетона:
- Поташ или иначе углекислый калий (К 2 СО 3). Самый востребованный и простой в применении модификатор «зимнего» бетона. Его использование в приоритете из-за отсутствия коррозии арматуры. Для поташа не характерно появление соляных разводов на поверхности бетона. Именно поташ гарантирует твердение бетона при показаниях термометра до -25°С. Недостаток его введения состоит в ускорении темпов схватывания, из-за чего управиться с заливкой смеси нужно будет максимум за 50 минут. С целью сохранения пластичности для удобства заливки в раствор с поташом добавляют мылонафт или сульфитно-спиртовую барду в объеме 3% от массы цементного порошка.
- Нитрит натрия, иначе соль азотистой кислоты (NaNO 2). Обеспечивает бетону стабильный набор прочности при температуре до -18,5°С. Соединение обладает антикоррозионными свойствами, повышает интенсивность твердения. Минус в появлении выцветов на поверхности бетонной конструкции.
- Хлорид кальция (CaCl 2), позволяющий проводить бетонирование при температурах до -20°С и ускоряющий схватывание бетона. При необходимости введения в бетон вещества в количестве более 3% необходимо увеличивать марку цементного порошка. Недостаток применения заключается в появлении высолов на поверхности бетонной конструкции.
Приготовление смесей с противоморозными добавками производится особым порядком. Сначала перемешивается заполнитель с основной частью воды. Затем после легкого перемешивания добавляют цемент и воду с разведенными в ней химическими соединениями. Время перемешивания увеличивают в 1,5 раза по сравнению со стандартным периодом.
Поташ в объеме 3-4% от массы сухого состава добавляется в бетонные растворы, если отношение вяжущего вещества к заполнителю 1:3, нитрит нитрата в объеме 5-10%. Оба противоморозных средства не рекомендовано использовать в заливке конструкций, эксплуатируемых в обводненной или очень влажной среде, т.к. они способствуют образованию щелочей в бетоне.
В заливке ответственных сооружений лучше использовать холодные бетоны, приготовленные механическим способом в заводских условиях. Их пропорции с точностью рассчитываются с ориентиром на конкретную температуру и влажность воздуха в период заливки.
Приготовляют холодные смеси на горячей воде, доля добавок вводится в четком соответствии с погодными условиями и с типом сооружаемой конструкции.
Методы заливки бетона в зимний период:
Зимнее бетонирование с устройством тепляка:
Противоморозное средство для зимнего бетонирования:
Перед заливкой растворов с противоморозными добавками не обязательно прогревать дно котлована или траншеи, вырытой под фундамент. Перед заливкой подогреваемых составов прогрев дна обязателен во избежание неровностей, которые могут получиться из-за растаявшего в грунте льда. Заливка должна выполняться в один день, в идеале в один прием.
Если перерывов не избежать, интервалы между заливками бетонного раствора необходимо свести к минимуму. При соблюдении технологических тонкостей бетонный монолит наберет необходимый запас прочности, законсервируется на зиму и продолжит твердение с приходом теплого времени. Весной можно будет приступить к возведению стен по готовому надежному основанию.
Бетонные работы желательно выполнять при круглосуточной температуре наружного воздуха выше +5°С. Но тогда все стройки в климатических условиях большинства районов нашей страны были бы законсервированы более чем на полгода. Чтобы бетонирование в зимних условиях стало возможным, были разработаны и внедрены в производство различные методы, это:
- Использование специальных добавок, понижающих точку замерзания воды. Самая известная добавка - поваренная соль.
- Применение опалубки с подогревом.
- Приготовление бетонной смеси на горячей воде.
- Использование высококачественных быстротвердеющих цементов;
- Прогревание бетонной массы после формовки.
Все эти способы могут применяться при заливке бетона зимой, как самостоятельные варианты или в комплексе.
Что происходит с бетоном при минусовых температурах
При твердении бетонной смести в нормальных температурно-влажностных условиях вода, вступая во взаимодействие с цементом, песком и щебнем, способствует их крепкому сцеплению между собой. В результате получается монолит, наделенный высокими прочностными характеристиками. Если допустить замерзание воды в составе бетонной смеси, то произойдет обратный, разрушительный эффект.
Водная составляющая при низких температурах, расширяясь, увеличивается в объеме делает массу рыхлой. А главный элемент бетона - цемент - теряет свои свойства. Кроме того, замерзшая вода создаст полости вокруг деталей арматурного каркаса, тем самым нарушив целостность конструкции. После размораживания бетонная масса уже не сможет восстановить необходимые качества. Это плохо для любой конструкции, но касательно фундаментов - такое положение дел катастрофично. Так можно ли заливать бетон зимой? Нежелательно, но допустимо при соблюдении определенных правил и требований СНиП к выполнению строительных работ при низких температурах наружного воздуха.
Практическими исследованиями установлен пограничный предел прочности для различных марок бетона, после которого замораживание для него не будет критичным. Потери прочности в готовом виде составят, в таком случае, не более 6%.
Добавки, повышающие морозостойкость бетона
Бетонные работы зимой должны проводиться с добавлением в бетонную смесь специальных противоморозных добавок. Они способствуют понижению температуры замерзания состава и ускорению сроков схватывания и твердения бетона. К таким веществам относятся:
- хлористый кальций (поваренная соль);
- хлористый натрий;
- нитрит и нитрат натрия;
- формиат натрия;
- поташ;
- лигносульфанат.
Любую из этих добавок вводят в бетонную смесь небольшими дозами. Достаточно 1-2 % от веса цемента, чтобы зимний бетон приобрел нужные качества.
Помимо своего главного предназначения, противоморозные добавки улучшают прочностные характеристики материала, увеличивают его плотность, положительно влияют на долговечность конструкции.
Приготовление бетонной смеси зимой
Помимо использования противоморозных добавок, зимнее бетонирование выполняют теплым составом. Температуру бетонной смеси необходимо довести до 35-40 градусов. Для этого подогревают воду и заполнители, мелкий и крупный. Цемент греть нельзя категорически, но хранить его в теплом помещении нужно.
Замечательно, если на строительной площадке есть бетономешалка с электрическим подогревом, так как заливать бетон зимой надо только теплым. Обычную мешалку разогревают путем прокручивания в ней очень горячей воды. В холодный период года порядок приготовления бетонной смеси отличается от обычного:
- сначала в бетономешалку заливают горячую воду с растворенными в ней добавками;
- засыпают подогретые заполнители;
- разогрев песка и щебня можно выполнять горячим воздухом с помощью компрессора или в специальных печах;
- после перемешивания добавляется цемент;
- процесс замешивания бетонной смеси по времени увеличивается примерно наполовину, против обычных сроков.
Готовую смесь заливают в заранее приготовленную опалубку. Перед этим необходимо удалить возможную наледь и прогреть арматурный каркас любым удобным способом: переносными жаровнями с топливом, тепловыми пушками, электричеством.
Бетонирование зимой должно производиться непрерывно, чтобы конструкция получилась прочной и однородной. Временной промежуток между заливками отдельных порций бетонной смеси должен быть таким, чтобы минусовая температура не успевала повлиять на предыдущую часть. Заформованную долю конструкции необходимо немедленно укрывать теплоизоляционными материалами, пленкой ПВХ.
Уход за бетоном в зимнее время
Использование горячего раствора и применение противоморозных добавок очень важны при работе зимой. Но не менее существенно грамотно организовать условия твердения и соответствующий уход за бетоном в зимнее время. Для продления сроков остывания готовой конструкции используют любые подходящие материалы: пленку, сено, солому, теплоизолирующие маты.
Отличный эффект дает использование несъемной опалубки из пенополистирола. Она поможет бетонной массе созреть равномерно, без заморозки, а после набора бетоном проектной прочности будет служить качественной теплоизоляцией и защитит его от вредного воздействия окружающей среды.
В промышленных условиях и на масштабных стройках используется еще такой метод, как электропрогрев. Удовольствие не из дешевых, но весьма эффективное. Осуществлять электропрогрев можно двумя путями: подключением электродов к арматурному каркасу или помещением их в бетонную массу.
Для контроля за процессом применяют специальные автоматические устройства с датчиками. Если таковых нет, то работа выполняется вручную периодическим измерением температуры и включением/отключением электродов при достижении температуры +30°С.
Для реализации прогрева бетонной массы при помощи электричества используют следующие средства:
- Провод ПНСВ, состоящий из стального стержня и поливинилхлоридной изоляции. Сечение может быть от 1 до 6 мм. Применим для электрических сетей с переменным током до 380 В или с постоянным - до 1000В. В качестве прогревающего элемента для твердения бетона в зимних условиях используется через понижающий трансформатор.
- Кабели ВЕТ финского производителя и КДБС от Российского изготовителя разработаны специально с намерением использовать их в строительном производстве для ускорения сроков твердения бетона. Примечательно, что применение этих проводов не нуждается в трансформаторах, они работают от обычной бытовой электросети в 220в.
Нагревательный кабель выбранной марки, рассчитанной мощности оборачивают вокруг арматурного каркаса с примерным шагом 250-300 мм. Внутри конструкции провода не должны перехлестываться, сильно провисать, и закладывать их глубже, чем на 200 мм тоже не следует. Если заливке бетонной смесью подлежит не отдельно стоящий элемент, а тот, что стыкуется с имеющейся деталью, то укладку провода надо начинать от места стыка.
На один квадратный метр расходуется обычно около 4 м провода. Это количество определено опытным путем, исходя из такого расчета, что для прогрева 1м3 бетона нужно 0,4-1,5 кВт мощности. На установление точной цифры влияет толщина изделия, вид опалубки, свойства и состав самой бетонной смеси. Для крепления кабелей используют вязальную арматурную проволоку.
Подключение к сети или трансформатору осуществляется по окончании всего комплекса формовочных работ. При этом должна быть полностью исключена возможность повреждения нагревательных кабелей.
Выдержки из СНиП имеющие отношение к бетонным работам в зимнее время: транспортировка, укладка бетонной смеси, как заливать бетон зимой при отрицательных температурах.
СНиП. ПРОИЗВОДСТВО БЕТОННЫХ РАБОТ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ ВОЗДУХА
2.53. Настоящие правила выполняются в период производства бетонных работ при ожидаемой среднесуточной температуре наружного воздуха ниже 5 °С и минимальной суточной температуре ниже 0 °С.
2.54. Приготовление бетонной смеси следует производить в обогреваемых бетоносмесительных установках, применяя подогретую воду, оттаянные или подогретые заполнители, обеспечивающие получение бетонной смеси с температурой не ниже требуемой по расчету. Допускается применение неотогретых сухих заполнителей, не содержащих наледи на зернах и смерзшихся комьев. При этом продолжительность перемешивания бетонной смеси должна быть увеличена не менее чем на 25 % по сравнению с летними условиями.
2.55. Способы и средства транспортирования должны обеспечивать предотвращение снижения температуры бетонной смеси ниже требуемой по расчету.
2.56. Состояние основания, на которое укладывается бетонная смесь, а также температура основания и способ укладки должны исключать возможность замерзания смеси в зоне контакта с основанием. При выдерживании бетона в конструкции методом термоса, при предварительном разогреве бетонной смеси, а также при применении бетона с противоморозными добавками допускается укладывать смесь на неотогретое непучинистое основание или старый бетон, если по расчету в зоне контакта на протяжении расчетного периода выдерживания бетона не произойдет его замерзания.
При температуре воздуха ниже минус 10 °С бетонирование густоармированных конструкций с арматурой диаметром больше 24 мм, арматурой из жестких прокатных профилей или с крупными металлическими закладными частями следует выполнять с предварительным отогревом металла до положительной температуры или местным вибрированием смеси в приарматурной и опалубочной зонах, за исключением случаев укладки предварительно разогретых бетонных смесей (при температуре смеси выше 45 °С). Продолжительность вибрирования бетонной смеси должна быть увеличена не менее чем на 25 % по сравнению с летними условиями.
2.57. При бетонировании элементов каркасных и рамных конструкций в сооружениях с жестким сопряжением узлов (опор) необходимость устройства разрывов в пролетах в зависимости от температуры тепловой обработки, с учетом возникающих температурных напряжении, следует согласовывать с проектной организацией. Неопалубленные поверхности конструкций следует укрывать паро- и теплоизоляционными материалами непосредственно по окончании бетонирования.
Выпуски арматуры забетонированных конструкций должны быть укрыты или утеплены на высоту (длину) не менее чем 0,5 м.
2.58. Перед укладкой бетонной (растворной) смеси поверхности полостей стыков сборных железобетонных элементов должны быть очищены от снега и наледи.
2.59. Бетонирование конструкций на вечномерзлых грунтах следует производить в соответствии со СНиП II-18-76.
Ускорение твердения бетона при бетонировании монолитных буронабивных свай и замоноличивании буроопускных следует достигать путем введения в бетонную смесь комплексных противоморозных добавок, не снижающих прочность смерзания бетона с вечномерзлым грунтом.
2.60. Выбор способа выдерживания бетона при зимнем бетонировании монолитных конструкций следует производить в соответствии с рекомендуемым приложением 9.
2.61. Контроль прочности бетона следует осуществлять, как правило, испытанием образцов, изготовленных у места укладки бетонной смеси. Образцы, хранящиеся на морозе, перед испытанием надлежит выдерживать 2-4 ч при температуре 15-20 °С.
Допускается контроль прочности производить по температуре бетона в процессе его выдерживания.
2.62. Требования к производству работ при отрицательных температурах воздуха установлены в таблице. 6
| Параметр | Величина параметра | Контроль (метод, объем, вид регистрации) |
| Заливать бетон при отрицательных температурах. | ||
| 1. Прочность бетона монолитных и сборно-монолитных конструкций к моменту замерзания: | Измерительный по ГОСТ 18105-86, журнал работ | |
| для бетона без противоморозных добавок: | ||
| конструкций, эксплуатирующихся внутри зданий, фундаментов под оборудование, не подвергающихся динамическим воздействиям, подземных конструкций | Не менее 5 МПа | |
| конструкций, подвергающихся атмосферным воздействиям в процессе эксплуатации, для класса: | Не менее, % проектной прочности: | |
| В7,5-В10 | 50 | |
| В12,5-В25 | 40 | |
| В30 и выше | 30 | |
| конструкций, подвергающихся по окончании выдерживания переменному замораживанию и оттаиванию в водонасыщенном состоянии или расположенных в зоне сезонного оттаивания вечномерзлых грунтовпри условии введения в бетон воздухововлекающих или газообразующих ПАВ | 70 | |
| в преднапряженных конструкциях | 80 | |
| для бетона с противоморозными добавками | К моменту охлаждения бетона до температуры, на которую рассчитано количество добавок, не менее 20 % проектной прочности | |
| 2. Загружение конструкций расчетной нагрузкой допускается после достижения бетоном прочности | Не менее 100 % проектной | - |
| 3. Температура воды и бетонной смеси на выходе из смесителя, приготовленной: | Измерительный, 2 раза в смену, журнал работ | |
| на портландцементе, шлакопортландцементе, пуццолановом портландцементе марок ниже М600 | Воды не более 70 °С, смеси не более 35 °С | |
| на быстротвердеющем портландцементе и портландцементе марки М600 и выше | Воды не более 60°С,смеси не более 30 °С | |
| на глиноземистом портландцементе | Воды не более 40 С, смеси не более 25 °С | |
| Температура бетонной смеси, уложенной в опалубку, к началу выдерживания или термообработки: | Измерительный, в местах, определенных ППР, журнал работ | |
| при методе термоса | Устанавливается расчетом, но не ниже 5°С | |
| с противоморозными добавками | Не менее чем на 5 С выше температуры замерзания раствора затворения | |
| при тепловой обработке | Не ниже 0 °С | |
| 5. Температура в процессе выдерживания и тепловой обработки для бетона на: | Определяется расчетом, но не выше, °С: | При термообработке - через каждые 2 ч в период подъема температуры или в первые сутки. В последующие трое суток и без термообработки - не реже 2 раз в смену. В остальное время выдерживания - один раз в сутки |
| портландцементе | 80 | |
| шлакопортландцементе | 90 | |
| 6. Скорость подъема температуры при тепловой обработке бетона: | Измерительный, через каждые 2 ч, журнал работ | |
| для конструкций с модулем поверхности: | Не более, °С/ч: | |
| до 4 | 5 | |
| от 5 до 10 | 10 | |
| св. 10 | 15 | |
| для стыков | 20 | |
| 7. Скорость остывания бетона по окончании тепловой обработки для конструкций с модулем поверхности: | Измерительный, журнал работ | |
| до 4 | Определяется расчетом | |
| от 5 до 10 | Не более 5°С/ч | |
| св. 10 | Не более 10°С/ч | |
| 8. Разность температур наружных слоев бетона и воздуха при распалубке с коэффициентом армирования до 1 %, до 3 % и более 3 % должна быть соответственно для конструкций с модулем поверхности: | То же | |
| от 2 до 5 | Не более 20, 30, 40 °С | |
| св. 5 | Не более 30, 40, 50 °С | |
В зимних условиях (среднесуточная температура наружного воздуха ниже +5° С) происходит замерзание свободной воды, что прекращает процесс гидратации цемента, ее увеличение в объеме (до 9%) разрушает структуру бетона. Это приводит к тому, что после оттаивания бетон уже не может набрать проектную прочность.
Установлено, если бетон до замерзания наберет 30...50% проектной прочности, то дальнейшее воздействие низких температур не влияет на его физико-механические характеристики. Такая величина прочности называется критической. В зависимости от марки бетона она равна: 50% М - для М200, 40% М - для М300 и 30% М - для М400 и выше.
К зимним способам бетонирования, обеспечивающим достижение бетоном критической прочности, относятся: разогрев бетона при его приготовлении; выдерживание бетона в утепленных опалубках (метод термоса); внесение в бетон химических добавок, снижающих температуру замерзания; тепловое воздействие греющих опалубок на свежеуложенный бетон; электродный прогрев; воздействие инфракрасных источников теплоты и т. д. Выбирают технологические приемы в зависимости от экономической эффективности, условий бетонирования, вида конструкций и особенностей используемых бетонов, наличия дешевых источников тепла.
При приготовлении бетонных смесей на заводах организуют подогрев составляющих и воды затворения, сам же процесс приготовления осуществляют в утепленном помещении, чем обеспечивают выход бетонной смеси заданной температуры. Для подогрева песка и щебня используют специальные регистры, через которые пропускают разогретую до 90° С воду или пар. Воду затворения подогревают до температуры 40...80° С (в зависимости от вида цемента) преимущественно паром в водонагревателях.
Транспортируют бетонную смесь зимой в утепленных бетоновозах, специальных контейнерах, автосамосвалах с подогревом кузова выхлопными газами. Кузов накрывают брезентом или утепленными щитами, бадьи и бункеры - деревянными утепленными крышками.
К зимнему бетонированию с безобогревным выдерживанием бетона относится способ «термоса», который основан на укладке бетонной смеси, разогретой до температуры 20...80° С, в утепленную опалубку. Открытые поверхности бетона защищают от охлаждения. Количество теплоты, внесенной в бетонную смесь и выделенной при экзотермической реакции цемента, вполне достаточно для достижения бетоном критической прочности.
Транспортирование к месту бетонирования разогретой бетонной смеси сопровождается значительными потерями теплоты, повышением жесткости смеси и снижением ее удобоукладываемости. С целью исключения этих недостатков бетон целесообразнее разогревать непосредственно у места производства работ. Для этого используют специальные электроды, которые погружают в бетонную смесь, находящуюся в кузове самосвала или в бункере. Подводя к ним электрический ток 380 В, смесь нагревают в течение 5...10 мин до температуры 75...90° С.
В практике широко распространен метод электротермообработки бетона. Он основан на преобразовании электрической энергии в тепловую непосредственно внутри бетона либо в различного рода электронагревательных устройствах. В строительстве освоены следующие методы: электродный прогрев (собственно электропрогрев); разогрев в электромагнитном поле (индукционный) ; обогрев различными электронагревательными устройствами.
Электродный способ прогрева подразделяется на сквозной и периферийный. При сквозном прогреве используют стержневые электроды диаметром до 6 мм, располагая их по всему сечению, при периферийном - плавающие рамочные и пластинчатые, нашивные пластинчатые и струнные. В каждом конкретном случае рассчитывают схему расположения электродов и напряжения на них. При разогреве бетона строго следят за скоростью подъема его температуры (8... 15° С/ч) и временем изотермического прогрева.
Для контактного электроразогрева применяются различного вида греющие опалубки, которые подразделяют на жесткие (деревянные, металлические) и мягкие (из брезентовой или асбестовой ткани, резиновые, пластиковые и т. п.). Устанавливают термоактивную опалубку отдельными щитами или укрупненными панелями. Источниками тепла в щитах служат стержневые, трубчато-стержневые и уголково-стержневые электронагреватели, полосовые электроды, электроды из проволоки или фольги, запрессованные в электропроводящий состав.
Для обогрева бетона паром вокруг забетонированной конструкции создают так называемую «паровую рубашку», обеспечивающую требуемые температурно-влажностные условия твердения бетона. Температура разогрева 70...95° С.
Индукционный прогрев бетона происходит за счет выделения тепла при прохождении вихревых токов в металлической опалубке и конструкции, находящихся в электромагнитном поле индуктора (многовитковой катушки), через который пропускают переменный ток промышленной частоты напряжением 36...120 В. Тепло от арматуры и металлической опалубки передается бетону в нагревает его. Индукционный нагрев применяют в основном для термообработки бетона конструкций небольшого сечения: колонн, балок, стыков, сооружений, возводимых в скользящей, подъемно-переставной и горизонтально перемещаемой опалубке.
В качестве источников обогрева инфракрасными лучами служат ТЭНы мощностью 0,6...1,2 кВт, керамические стержневые излучатели диаметром 6...50 мм мощностью 1...10 кВт, кварцевые трубчатые излучатели и другие средства. Инфракрасные излучатели в комплекте с отражателями используют для обогрева тонкостенных емкостных сооружений, бетонной подготовки, замоноличивания стыков и узлов и др. При обогреве температура на поверхности бетона не должна превышать 80...90° С.
Использование химических добавок в бетоне снижает температуру замерзания воды и тем самым обеспечивает твердение бетона при отрицательных температурах. В качестве противоморозных добавок применяют поташ (П), нитрит натрия (НН), нитрат кальция (НК), соединение нитрата кальция с мочевиной (НКМ), нитрит-нитрат кальция (ННК), хлорид кальция (ХК) с хлоридом натрия (ХН), хлорид кальция (ХК) с нитритом натрия (НН) и др. Выбор противоморозных добавок и их оптимальное количество зависят от вида бетонируемой конструкции, степени ее , наличия агрессивных средств и блуждающих токов, температуры окружающей среды.
«Зимние условия» создаются на строящемся объекте, где значительная доля работ связана с монолитным железобетоном, значительно раньше, чем наступает зима по календарю. Строительство становится «зимним», как только среднесуточные температуры падают до +5 о С и в ночные часы случается температура менее 0 о С.
В условиях минусовых температур вода в составе полностью не отвердевшего бетона прекращает реагировать с цементом и замерзает, становясь льдом. Интенсивность процессов гидратации резко снижается, бетон перестает отвердевать. Параллельно в толще бетона нарастает внутреннее давление, возникающее из-за 9% увеличения водного объема, превратившегося в лед. Если вымораживание бетонной отливки происходит на ранней стадии работ (непосредственно после укладки бетона), то структура железобетона полностью нарушается, поскольку у него отсутствует способность противостоять процессам замерзания внутреннего объема жидкости. В случае оттаивания бетона лед снова становится водой и активизируется гидратационный процесс, но полного восстановления структуры бетона не произойдет.
При замораживании только что уложенного бетона вокруг его внутреннего арматурного «скелета» и зерен наполнителя образуется ледяная корка, нарастающая за счет поступающей воды из внутренних зон бетона с более высокой температурой. Каждая ледяная корка постепенно наращивает толщину стенок и отодвигает цементное тесто от бетонного наполнителя и арматуры, что снижает прочностные характеристики бетона, негативно влияет на его долговечность.
Если же бетон успеет набрать минимально-достаточную прочность до замерзания, то негативные процессы в его структуре не разовьются. Степень прочности бетона, при которой низкие температуры для него не представляют опасности, носит название «критическая».
Нормативы критической прочности бетона связаны с его классом, видом и условиями, в которых будет эксплуатироваться данная конструкция. В случае конструкций из бетона и железобетона (арматура ненапрягаемая) критическая прочность должна составить для В7,5-В10 не менее 50% от прочности по проекту, для В12,5-В25 не менее 40%, более В30 - 30%. Для бетонных конструкций, содержащих предварительно напрягаемую арматуру, критическая прочность должна быть не менее 80% от проектной. Для конструкций из бетона, подверженных сменяющимся циклам заморозки и оттаивания необходимо достичь 70% прочности. Нагружаемые конструкции обязаны набрать полную, 100% прочность от проектной перед тем, как окажутся под воздействием минусовых температур.
Длительность периода отверждения бетона, в течение которого достигается набор необходимых прочностных характеристик, во многом зависит от температурных условий на строительной площадке. Чем выше температура воздуха, тем более высока активность водной составляющей бетонной смеси - процессы реакции с цементным клинкером проходят быстрее, что ускоряет внутреннюю коагуляцию и формирование кристаллической структуры. Соответственно, понижение температуры ведет к замедлению этих процессов.
Бетонные работы в зимнее время необходимо производить в искусственно созданных условиях в отношении температуры и влажности, добиваясь твердения бетона до критической или проектной прочности за меньшее время и с меньшими затратами. Чтобы достичь необходимых результатов, используются особые технологии смешивания, доставки в размещения на месте, а также последующего выдерживания бетона.
Предварительный подогрев бетонной смеси
Во время составления смеси бетона в условиях низких температур выполняется ее нагрев до 35-40 о С, обеспечиваемый предварительным разогревом компонентов.Вода греется в котлах до температуры 90 о, а наполнитель до 60 о С разогревается в барабанах при помощи пара, дымовых газов и горячей воды. Нагревать цемент категорически нельзя.
Искусственно нагретая бетонная смесь для «зимней» стройплощадки составляется иначе, чем в теплый сезон. Если летом сухие компоненты смеси единовременно загружаются в бункер смесителя, куда ранее была залита вода, то зимой порядок таков - прежде заливается вода и отсыпаются крупные фракции заполнителя. Когда смесительный барабан совершит несколько оборотов, в него грузится цемент и песок. Игнорирование такой последовательности действий приведет к «завариванию» цемента.
Длительность промешивания бетонной смеси при отрицательных температурах необходимо увеличить в 1,2-1,5 раза по сравнению с «летним» сроком ее смешивания. Транспортировка готового бетона выполняется в прогретой, утепленной и закрытой емкости, будь то бадья или кузов автомашины. Прогрев кузова автотранспорта обеспечивается таким образом - он делается двойным, в созданную таким образом полость направляются выхлопные газы от двигателя, что позволит уменьшить потери тепла. Доставка бетонной смеси должна происходить с максимально возможной скоростью и без каких-либо промежуточных перегрузок. Участки, на которых происходит погрузка и выгрузка смеси бетона, необходимо огородить от ветра, а средства, по которым поступает бетон (хоботы) - утеплить.
Подготовка бетонных работ в зимнее время
Укладка бетона должна производиться на основание, состояние которого полностью исключает замерзание смеси по линии стыка с ним, а также возможность деформаций из-за пучинистости грунтов. С этими целями основание участка бетонирования нагревается до достижения им положительной температуры, а после укладки смеси сохраняется от промерзания до тех пор, пока бетон не наберет критическую прочность.
Непосредственно перед началом работ по бетонированию опалубка и арматура чистятся от наледи и снежных масс. Если диаметр арматуры превышает 25 мм, либо она выполнена из жесткого профилированного проката или содержит металлические закладные элементы значительного размера, то в условиях отрицательных температур менее -10 о С следует нагреть арматуру.
Процессы бетонирования в условиях зимы производятся быстро и непрерывно - каждый нижерасположенный слой бетона следует перекрыть новым прежде, чем его температура упадет ниже расчетной.
Современные технологии выполнения бетонных работ в зимний период позволяют достичь высокого качества строительных конструкций при оптимальном уровне затрат. Условно они делятся на три группы:
- технология «термоса», базирующаяся на сохранении начальной теплоты смеси, нагретой в процессе составления или перед укладкой на месте работ, а также на использовании выделений тепла, происходящих из-за реакции цемента с водой во время отверждения бетона;
- технология искусственного прогрева бетонной смеси после выполнения ее укладки в конструкцию;
- технология химического снижения точки замерзания воды в составе бетонной смеси и повышения скорости реакции цемента.
В зависимости от ситуации на строительной площадке, приведенные способы выдерживания бетона при низких температурах можно использовать комбинационно. Окончательный выбор в пользу одной из технологий строится на типе конструкции и ее габаритах, на виде бетона, его составе и проектной прочности, которую он должен набрать, местных климатических условий на момент производства работ, энергетических возможностей на строительном объекте и т.д.
Бетонные работы зимой и технология «термоса»
Ее суть - в укладке смеси бетона, имеющей температуру в диапазоне от 15 до 30 о С, в опалубку с утеплением. Это обеспечит набор бетоном достаточной прочности благодаря его начальной тепловой энергии и экзотермической реакции цемента, что не позволит бетонной конструкции замерзнуть до срока. Количество теплоты, вырабатываемой в результате экзотермических реакций, зависит от температуры выдерживания и вида цемента, использованного при составлении смеси.
Лучшие данные по тепловыделению показывают портландцементы высоких марок и с быстрым отверждением. Сохранение тепла в бетоне существенно зависит от экзотермии, поэтому бетонные работы по технологии «термоса» следует производить на смесях с быстротвердеющими и высокоэкзотермичными портландцементами, укладываемыми с искусственно поднятой начальной температурой в хорошо утепленную конструкцию.
Применение специальных химических добавок . Некоторые химикаты - поташ К 2 СО 3 , хлористый кальций CaCL, нитрат натрия NaNO 3 и пр. - будучи введенными в состав бетона в небольшом объеме, как правило, не более 2% от количества цемента, повышают скорость твердения бетона на начальном этапе выдерживания. К примеру, при введении хлористого кальция в количестве 2% от массы цемента обеспечивает 1,6 кратную прочность бетона через 2,5 суток от момента укладки в конструкцию, по сравнению с бетоном идентичного состава, но не содержащего специальной добавки. Химические добавки также обеспечивают смещение точки замерзания воды до -3 о С, что позволяет нарастить сроки остывания бетона и тем самым обеспечить ему больший набор прочности. Более подробно информация о методиках химического улучшения характеристик бетона для ведения зимней стройки раскрыта .
Составление бетонных смесей, включающих в себя химические добавки, выполняется с использованием горячей воды и нагретых зернах наполнителя. При извлечении из смесителя такой бетон обычно имеет температуру от 25 до 35 о С, непосредственно перед укладкой его температура падает до примерно 20 о С. Укладку в конструкции химически модифицированных бетонов осуществляют при внешней температуре воздуха от -15 до -20 о С, после размещения в утепленной опалубке сверху настилается один-два слоя теплоизоляции. Отверждение бетонной конструкции происходит за счет эффекта «термоса» при одновременном действии дозированных химических компонентов. Технология «термосного» бетонирования наряду с использованием химикатов проста и относительно недорога, ее можно применять при создании конструкции с модулем поверхности (Мп) менее пяти.
Бетонирование по методу «горячего термоса» . Базируется на быстром прогреве бетона до 60-80 о С и уплотнении смеси в конструкции до того, как она остынет. Далее бетонная смесь выдерживается по «термосной» технологии, либо выполняется ее дополнительный подогрев в течение срока набора критической прочности.
На строительной площадке бетонная смесь чаще всего разогревается при помощи электротока - в ней размещаются электроды и подается переменный ток, нагрев происходит благодаря сопротивлению бетона. Мощность и количество тепловой энергии, вырабатываемой за единицу времени, прямо пропорциональна напряжению на электродах и обратно пропорциональна омическому сопротивлению смеси. При этом интенсивность омического сопротивления зависит от плоскостных размеров электродов, дистанции между ними и удельному омическому сопротивлению смеси бетона.
Электрический нагрев бетонной смеси выполняется под током в 380В, в более редких случаях - под 220В. Для обеспечения этой операции, строительная площадка комплектуется трансформаторным постом, распределительным щитком и пультом управления. Прогрев смеси осуществляется в бадье либо в кузове самосвала непосредственно. Первый метод выполняется в следующей последовательности - составленная на бетонном заводе смесь вывозится при помощи автотранспорта на объект строительства, перегружается специальные бадьи, оборудованные электродами, греется до тех пор, пока ее температура не составит 70-80 о С, а затем укладывается в опалубку на месте работ. Как правило, используются бадьи-туфельки, оборудованные тремя стальными 5 мм электродами, запитанными к электросети через кабельные разъемы. Чтобы бетон равномерно распределился в электробадье, а также для упрощения дальнейшей выгрузки, на корпус бадьи монтируется вибратор.
Следуя второму методу автосамосвал, в кузове которого содержится бетонная смесь, прибывает на стройплощадку и следует на пост разогрева - его кузов располагается точно под электродной рамой. Активируется работа вибрационной установки, затем в содержащийся в кузове бетон заводятся электроды, к ним подается электроток. Нагрев смеси выполняется на протяжении 10-15 минут при ее нагреве до 60 о С (верно для быстротвердеющих портландцементов), до 70 о С для портландцементов и до 80 о С для шлакопортландцементов.
Чтобы быстро и за крайне короткий срок нагреть бетон до необходимой температуры, важно обеспечить площадку высокими электрическими мощностями. К примеру, на 15-ти минутный прогрев кубометра бетонной смеси до 60 о С уйдет 240 кВт, а на более быстрый 10 минутный до этой же температуры - 360 кВт.
Следующая часть статьи, посвященная прогреву уложенной в конструкцию смеси, находится .