Бетон — до какой температуры можно заливать

Зима … Как говорится, «крестьянин торжествует…», строители — не очень… Практически в любом строительстве используется такое замечательное изобретение человечества, как бетон.
Прежде всего — разберемся, что же такое бетон.
«Как же, как же!», — скажете вы, — «Бетон — это смесь цемента, песка и гравия или щебня и воды! Он твердеет на воздухе! Проще простого!» Это не совсем так…
Согласно Википедии (R), «Бетон — искусственный каменный строительный материал, получаемый в результате формования и затвердевания рационально подобранной и уплотненной смеси состоящей из вяжущего вещества (цемент или др.), крупных и мелких заполнителей, воды. В ряде случаев может содержать специальные добавки, а также отсутствовать вода (например в асфальтобетоне).» (С)
Вот как! То есть, в бетоне может даже ОТСУТСТВОВАТЬ вода! Но такой бетон (асфальтобетон) мы рассматривать не будем, это тема дорожного строительства.
В данной статье опишем процессы, происходящие в нашем «стандартном» бетоне марок М100 … М300, при температуре воздуха от +5 °С и ниже, а также способы, позволяющие избежать ненужных расходов и «переделок» при бетонировании.

Согласно современным представлениям, образование и твердение цементного камня проходят через стадии формирования коагуляционной и кристаллических структур.
В стадии образования коагуляционной (связной) структуры вода, обволакивая мелкодисперсные частицы цемента, образует вокруг них так называемые сольватные оболочки, которыми частицы сцепляются друг с другом. По мере гидратации (связывания водой) частиц цемента процесс переходит в стадию кристаллизации. При этом в цементном тесте возникают мельчайшие кристаллы, превращающиеся затем в сплошную кристаллическую решетку. Этот процесс кристаллизации и определяет механизм твердения цементного камня и, следовательно, нарастания прочности бетона.
Ускорение или замедление процесса образования и твердения цементного камня зависит от температуры смеси и адсорбирующей способности цемента, определяемой его минералогическим составом.

Для твердения цементного камня наиболее благоприятная температура от + 15 до +25°С, при которой бетон на 28-е сутки практически достигает стабильной прочности. При отрицательных температурах вода, содержащаяся в капиллярах и теле, замерзая, увеличивается в объеме примерно на 9%.
В результате микроскопических образований льда в бетоне возникают силы давления, нарушающие образовавшиеся структурные связи, которые в дальнейшем при твердении в нормальных температурных условиях уже не восстанавливаются. Кроме того, вода образует вокруг крупного заполнителя обволакивающую пленку, которая при оттаивании нарушает сцепление, т. е. монолитность бетона. При раннем замораживании по тем же причинам резко снижается сцепление бетона с арматурой, увеличивается пористость, что влечет за собой снижение его прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.
При оттаивании замерзшая свободная вода вновь превращается в жидкость и процесс твердения бетона возобновляется. Однако из-за ранее нарушенной структуры конечная прочность такого бетона оказывается ниже прочности бетона, выдержанного в нормальных условиях, на 15…20%. Особенно вредно попеременное замораживание и оттаивание бетона.
Прочность, при которой замораживание бетона уже не может нарушить его структуру и повлиять на его конечную прочность, называют критической.
Таким образом, при бетонировании в зимних условиях технологическая задача в основном заключается в использовании таких методов ухода за бетоном, которые обеспечили бы достижение предусмотренных проектом конечных физико-механических характеристик (прочность, морозостойкость и др.) или критической прочности.
Критическая прочность для бетонов марок ниже М200 должна быть не менее 50% проектной и не ниже 5 МПа, для бетонов марок М200…М300 — не ниже 40%, для бетонов марок М400…М500 — не ниже 30%. Для предварительно напряженных конструкций прочность бетона к моменту замораживания не должна быть ниже 70% 28-суточной прочности.

Решению этой задачи должна быть подчинена технология всего цикла бетонирования, начиная от приготовления бетонной смеси и кончая выдерживанием бетона.

Способ выдерживания уложенного в опалубку бетона выбираю с учетом создания необходимой для его твердения тепловлажностной среды. Это может быть обеспечено благодаря:

• использованию эффекта экзотермического тепловыделения, возникающего в свежеуложенном бетоне в результате гидратации цемента;
• внесению в бетон тепла внешними источниками тепловой энергии.

В зависимости от типа бетонируемой конструкции и требуемых сроков ввода ее в эксплуатацию, наличия источников энергии и других местных условий можно пользоваться следующими основными способами выдерживания бетона при отрицательных температурах:

• бетонирование конструкций и выдерживание бетона в теплошатрах или других укрытиях, где создается тепловлажностный режим, необходимый для нормального твердения бетона (конвективный способ);
• выдерживание бетона в утепленной опалубке с использованием эффекта экзотермии цемента (способ «термоса»);
• выдерживание бетона с прогревом внешними источниками тепловой энергии (электропрогрев, контактные методы электропрогрева, индукционные и радиационные эффекты и др.);
• выдерживание бетона с применением химических добавок, снижающих температуру замерзания воды и ускоряющих твердение бетона.

Указанные способы можно комбинировать. Необходимо учитывать, что при зимнем бетонировании ускорение процесса твердения зависит не только от выбранного способа выдерживания бетона, но и от ряда других технологических факторов, к которым относятся: применение высокоактивных цементов, вибрирования, позволяющего использовать более жесткие бетонные смеси, различного рода химических добавок; повышение качества заполнителей; более технологичные методы приготовления, перевозки и укладки бетонной смеси.

Если же кратко говорить об этих способах, то можно сказать так:

• при использовании бетона без добавок его желательно заливать в утепленную опалубку или укрывать сверху и присыпать, например, опилками уже при температуре воздуха +1 … 0 °С;
• при температуре 0… -7 °С обязательно использование химических добавок, и/или утепленной опалубки и укрытия («термос»), либо устройства над бетонной конструкцией тепляков с подогревом (например, тепловой пушкой), либо использование электроподогрева бетона (спец. трансформатором, подключенным к армированию);
• при температуре от -7 °С и ниже необходимо либо заказывать предварительно разогретую (на РБУ) бетонну смесь (t °С — регламентируется СНиП), либо использовать более «сильные» химические добавки в комбинации с методами «термоса» и/или подогрева, либо использовать сухую (безводную) бетонную смесь и затворять ее горячей водой (60…80 °С в зависимости от применяемого в смеси вида цемента) непосредственно перед укладкой.

Дополнительно, хотя и редко (вследствие неудобства и дороговизны), при устройстве высотных и других сложных конструкций, применяют дополнительные методы подогрева:
— индукционный или электромагнитный (устройство трансформатора из изготавливаемой конструкции — вокруг прогреваемого железобетонного элемента устраивают обмотку-индуктор из изолированного провода и включают ее в сеть);

— инфракрасный обогрев (для прогрева монолитных заделов стыков сложной конфигурации, густоармированных стыков старого бетона с вновь укладываемым и других труднодоступных для прогрева мест);

— паровой прогрев острым паром (бри бетонировании высотных конструкций);

— метод форсированного предварительного электроразогрева (при сильных морозах (-40 °С и ниже) — бетонную смесь перед укладкой в опалубку в течение 5…15 мин интенсивно разогревают до 70…90°С в специальных бадьях, оснащенных электродами, или в кузовах автомобилей с помощью опускной гребенки электродов, сразу укладывают в неутепленную или малоутепленную опалубку и уплотняют до начала схватывания смеси).

Надеюсь, что материал этой статьи поможет вам правильно выбрать стратегию устройства бетонных конструкций при низких и «сверхнизких» температурах!