Набор прочности бетонными конструкциями

В климатических зонах нашей страны, где зима длится более полугода, остро стоит вопрос о возможности и допустимости строительства в условиях низких и минусовых температур. В первую очередь, тема касается базовых конструкций, таких как фундаменты и стены.

Набор прочности бетона проходит стадии:

Схватывание. Включает в себя загустение до приобретения твердости. При комнатных температурах процесс занимает сутки, в среднем.
Затвердевание. Подразумевается накопление бетоном рабочей прочности, близкой к 90%. Процесс занимает время порядка месяца.

В дальнейшем монолит накапливает прочность неопределенно длительно.

Влияние погодных условий на качественные характеристики бетона

В условиях пониженных температур осенне-зимнего периода длительность накопления прочности и качество бетона приобретают значительную зависимость от погодных условий. Скорость процесс гидратации в бетонной массе (соединение молекул воды с молекулами цемента) находится в прямой зависимости от окружающей температуры. Чем она выше, тем быстрее происходит схватывание и затвердевание. Принято считать рабочими температуры от трех до тридцати градусов. Как следствие, бетонные работы разумно проводить в весенне-летний период. Следует учитывать, что равномерный набор прочности зависит от иных погодных условий: попадание прямых солнечных лучей, ветер, дождь и прочих.

Влияние температуры на набор прочности

Скорость формирования бетонного монолита напрямую зависит от окружающей температуры. В процессе гидратации температура бетона несколько повышается, но для кардинального влияния на процесс твердения такое повышение пренебрежимо мало. При какой температуре можно заливать бетон — вопрос ключевой.

При комнатных температурах (+150 — +250) прочность бетона достигает семидесяти процентов за 7–8 дней. Для равномерности схватывания бетонную массу укрывают от осадков и солнечных лучей влажной материей или пленкой.

При температурах в пределах +5 градусов для такого же результата потребуется время порядка двух месяцев. А где у нас два месяца, если это осень?

При температурах в пределах +3 градусов время набора прочности еще более возрастает, при этом в монолите появляются дефекты в виде микротрещин, что нарушает структуру и снижает качество бетонной конструкции.

Изготовление бетона при температурах близких к нулевым весьма рискованно, без принятия дополнительных мер. Бетон, приготовленный при минусовой температуре без принятия дополнительных мер — бесполезная паразитная масса.

Физика процесса следующая. Существует понятие критической прочности. Это минимально необходимый уровень прочности, набрав который бетон перестает подвергаться разрушительному воздействию воды при отрицательных температурах. Межмолекулярные связи становятся столь сильны, что способны выдержать распирающее воздействие кристаллов воды. С наступлением положительных температур бетон продолжит твердеть без потери в качестве. Критическая прочность достигается в течение одних — семи суток, в зависимости от температуры и марки бетона.

Минусовая температура для бетона разрушительна.

Технология заливки бетона в условиях низких температур

Во всех случаях методика одна — повышение температуры раствора. Этого можно добиться:

Применяя морозостойкие добавки. Их использование позволяет проводить работы при температурах до минус 200. Метод достаточно дорогостоящий, но простой и надежный.
Используя подогрев бетонной массы, тем или иным способом. Впрочем, метод тоже недешев.
Повышением температуры воды перед замесом до +700 — +900 и температуры песка/щебня до +500 — 600.

Заливка осенью

Возможность проведения работ в осенний период во многом определяется климатической зоной. В любом случае, если это фундамент, допустимо проводить заливку до начала промерзания грунта. Предвидя понижение температуры воздуха, следует рассчитать время набора бетоном критической прочности до наступления холодов. Потребуется оценить уровень влажности воздуха и наличие грунтовых вод, если таковые имеются. Дождливая погода может изменить процентное соотношение компонентов в свежеприготовленном растворе. Потребуется либо принять меры для укрытия бетонной массы, либо отложить заливку. Негативное влияние атмосферных осадков на свежеуложенный раствор происходит в первые три дня. В дальнейшем, после образования монолита, наоборот, увлажнение его поверхности желательно.

Заливка зимой

В общем случае, зимняя бетоноукладка в условиях минусовых температур нежелательна. Однако есть ситуации, когда к ней прибегают вынуждено. Например, для ремонтных работ, при невозможности бетонирования летом, в силу местных особенностей, для экономии, воспользовавшись сезонным снижении цен на стройматериалы. Не каждый производитель работ может позволить себе полугодовой простой, особенно в промышленности. При окружающей температуре от 0 до 50 °С приготовление бетонной массы требует обязательного использования морозостойких добавок. При окружающей температуре от 0 до -200 °С обязательно используются добавки и прогрев. В зависимости от конкретных условий, при зимней заливке используют несколько технологий.

Предварительный прогрев всех компонентов-наполнителей (кроме цемента). Их температура повышается до состояния, при котором готовая масса бетона будет иметь температуру порядка 400 °С. Затем производится заливка.
Эффект термоса. Метод прост и экономичен. Специального оборудования не требует. Заключается в том, что раствор помещается в теплоизолирующую опалубку. Заливка производится при температуре раствора 100 °С. Начинается процесс гидратации с выделением тепла бетонной массой. Создается эффект «термоса» с самоподогревом. При надежном утеплении бетон температура прогрева бетона может достигать 700 °С.
Электроподогрев бетонной массы. Существуют способы прогрева: с использованием электродов, различных нагревательных приборов, методом электромагнитной индукции.
В первом случае в свежеприготовленную массу вводят электроды на которые подается переменный электрический ток. В результате резистивного сопротивления электроды нагреваются, передавая тепло массе. Бетон подвергается плавному нагреву до 600 °С.
Индукционный нагрев. Способ бесконтактного прогрева бетона. Метод несколько сложен и энергозатратен, потому используется реже других. Заключается в том, что до заливки между прутьями арматуры наматывается изолированный провод, на который подается высокочастотный ток. Возникает эффект электромагнитной индукции с сопутствующим прогревом объема.
Нагревательными устройствами различного типа. Это могут быть электронагреватели, электрические и газовые пушки, греющие маты. Для их эффективной работы над заливкой возводятся конструкции (типа палатки), изолирующие бетон от атмосферы. Нагреватели доводят температуру внутри конструкции до летних температур.
Паропрогрев. Вдоль опалубки с внутренней стороны устанавливаются трубы паропроводов, через которые подают горячий водяной пар. Трубы могут располагаться внутри двойной опалубки или в теле бетонной массы.
Таким способом можно поднять температуру бетона до 500–800 °С. Недостаток метода — усложненность конструкции и потребность в близлежащем источнике пара.

Использование противоморозных присадок

Современная химическая промышленность предлагает целый ряд присадок с антиморозными и ускоряющими свойствами. Среди них: аммиачная вода, формиаты кальция или натрия, тетрабонат и нитирит натрия, поташ. Несмотря на эффективность и простоту использования, различные присадки обладают побочными свойствами, такими как коррозия металла (нельзя использовать в армированных изделиях), привнесение нелинейности в набор прочности (опасно для монолитов под динамической нагрузкой, таких агрегатов как молоты, вибростенды и прочее). Принцип действия присадок, в основном, это понижение температуры замерзания воды и ускорение процесса набора прочности, как следствие. Кроме того, присадки придают цементу свойства активирующие гидратацию.

В ряде случаев, применение присадок позволяет избежать прогрева бетонной массы. Некоторые добавки позволяют повысить морозостойкость бетона настолько, что гидратация происходит даже при минусовых температурах до -200 °С. Отличают три вида противоморозных присадок:

Сульфиды.
Выделяют тепло, стимулируя гидратацию.
Атифризы.
Понижают температуру кристаллизации воды, повышают скорость гидратации.
Ускорители.
Создают соли, понижающие температуру замерзания воды.

Оптимальная температура заливки бетона

Как уже отмечалось, оптимальная температура приготовления раствора и заливки +200 °С, при влажности окружающей среды 50–70%. На эти цифры ориентированы свойства цемента «по умолчанию». Ответ на вопрос при какой температуре заливают бетон на улице — в общем случае, в погодных условиях Европейской части нашей страны бетонирование можно производить без оглядки на температуру, начиная с мая, заканчивая сентябрем, если не наблюдаются погодные аномалии. Измерение и контроль температуры бетона в этих условиях теряют смысл.

Общий вывод по организации бетонных работ

Современные технологии позволяют проводить бетонные работы всесезонно. Разница в трудовых и финансовых затратах зависит от уличных температур.