Бетонирование при отрицательных температурах

Общие положения

Понятие зимних условий в контексте бетонных работ имеет свои особенности и отличается от календарного. «Зимние условия» для конкретного строительного объекта начинаются, когда среднесуточная температура воздуха опускается до +5°С, а в течение суток фиксируется ее падение ниже нуля.

При температуре ниже 0°С происходит прекращение гидратационных процессов в бетоне, что приводит к остановке твердения, так как бетон замерзает и превращается в монолит. Прочность такого бетона формируется за счет сил смерзания. В результате замерзания свободной воды, объем которой увеличивается примерно на 9%, в бетоне возникают внутренние напряжения. Эти напряжения разрывают слабые связи между компонентами бетона, что способствует снижению его прочности. Замерзшая вода на поверхности заполнителей в виде тонкой пленки также мешает сцеплению цементного теста с заполнителем, ухудшая прочностные характеристики бетона.

После оттаивания бетона твердение при положительной температуре восстанавливается, однако прочность оказывается ниже проектной, т.е. уровня, который мог бы быть достигнут в нормальных условиях. Плотность, долговечность и сцепление с арматурой тоже снижаются, причем снижение свойств зависит от времени, прошедшего с момента укладки до замерзания. Если бетон успел достичь определенной прочности к моменту замерзания, то влияние замораживания на его характеристики минимально: после оттаивания прочность может соответствовать проектной. В этом случае адгезия между цементом и заполнителем преобладает над внутренними напряжениями, что уменьшает вероятность деформаций в этом контакте.

Минимальная прочность бетона, необходимая к моменту замораживания для достижения проектной прочности после оттаивания, называется критической. Для конструкций с ненапрягаемой арматурой она должна составлять 30…50% от проектной прочности, в зависимости от класса бетона, в то время как для предварительно напряженных конструкций этот показатель должен быть не менее 70%. Если зимой конструкции планируется нагружать, требования к прочности возрастают до 100% от проектной к моменту замерзания.

Для получения бетона проектного качества в зимний период необходимо создать температурно-влажностный режим, который не нарушал бы физико-химические процессы твердения и не замедлял их. Длительность поддержания такого режима должна обеспечивать достижение критической или проектной прочности.

Задачи зимнего бетонирования

Основная цель зимнего бетонирования — получить бетон заданной прочности. Для этого необходимо выполнять различные мероприятия и использовать технологии, которые обеспечат нормальный режим твердения бетона.

Общие мероприятия

а) Использование подогретой бетонной смеси. Ее температура в момент укладки должна быть положительной и превышать температуру окружающего воздуха. Это достигается путем подогрева воды, щебня и песка.

б) Чтобы предотвратить охлаждение во время транспортировки, кузов самосвала закрывается щитами и подогревается выхлопными газами от двигателя.

в) Бадьи и бункера укрываются утепленными крышками, а в сильные морозы их периодически прогревают паром.

г) Перед укладкой бетонной смеси очищаются опалубка и арматура от снега и наледи с использованием горячего воздуха или пара.

д) Арматура диаметром более 25 мм должна отогреваться до 5°С при сильных морозах, чтобы обеспечить хорошее сцепление с бетоном.

е) Важно учитывать состояние основания, на которое укладывается бетон, чтобы избежать его раннего замораживания и деформации.

ж) Для снижения тепловых потерь бетон укладывается небольшими участками, чтобы новые слои накрывали ранее уложенные.

з) Бетонирование продолжается без перерывов, поскольку подготовка замерзших швов требует много времени и не всегда оказывается качественной.

Технологии для обеспечения нормального режима твердения бетона

1. Химические добавки.

Химические добавки уменьшают температуру замерзания бетонной массы, что позволяет бетону затвердевать даже при отрицательных температурах. Этот недорогой метод часто используется в строительстве.

Добавки вводятся в бетонную смесь, в зависимости от их количества можно достигать следующих эффектов:

  • 1–2% от веса цемента — ускорение твердения;
  • 3–5% от веса цемента — снижение температуры замерзания на 5–10°С;
  • 10–15% от веса цемента — полное исключение замерзания.

2. Прогрев бетона.

а) Метод термоса подразумевает использование тепла, выделяемого при твердении бетона. Конструкция дополнительно утепляется для повышения эффективности.

б) Паровой прогрев осуществляется с помощью рубероида и других материалов для устройства оболочки, под которую подается пар с контролем температуры.

в) Электропрогрев может быть внутренним (с помощью электродов) или наружным (через греющие шнуры).

Другие способы обогрева

3. Бетонирование в «тепляках».

Создание легкого каркасного ограждения с подачей теплого воздуха для обеспечения температуры на уровне 5–10 °С.

4. Обогрев инфракрасными лучами.

Тепло подается на всю толщину конструкции одновременно, что обеспечивает равномерный прогрев.

Заключение

Для успешного бетонирования в зимних условиях необходимо учитывать множество факторов и применять соответствующие технологии, чтобы гарантировать достижение проектной прочности бетона.

Источник: Технология строительных процессов. Снарский В.И.