Оптимальная температура бетона для успешной укладки в опалубку: советы и рекомендации

Температура бетона при укладке в опалубку играет важную роль, так как она влияет на процесс затвердевания материала. Высокая температура может ускорить процесс схватывания, но при этом повышает вероятность трещин и деформаций.

Поэтому рекомендуется контролировать температуру бетона с помощью специальных термометров и при необходимости использовать методы охлаждения, чтобы обеспечить оптимальные условия для затвердевания и долговечность конструкции.

Особенности зимнего бетонирования

Информация издания журнала Технологии Бетонов №1-2, 2019 года на тему "Особенности зимнего бетонирования" предоставлена. Автор данной статьи — В.Д. СТАРОВЕРОВ, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии строительных материалов и метрологии СПбГАСУ.

Данный материал был подготовлен совместно с технологами компании — Д.М. ШВАБ, И.И. СОКОЛОВ и Д.О. ПОПОВ.

В данной публикации представлены основные требования по уходу за монолитными бетонными конструкциями, возведенными в зимний период. Также рассмотрены основные проблемы, с которыми сталкиваются строители на объектах, и описаны электрофизические свойства "зимних" бетонных смесей, оказывающие существенное влияние на выбор режима электропрогрева.

Почему возникают сложности при бетонировании при низких температурах — данная проблема также рассмотрена в статье.

Внедрение результатов научных исследований и технических разработок в строительную отрасль позволило перевести возведение монолитных зданий и сооружений на круглогодичный процесс. Это значительно ускорило сроки ввода объектов в эксплуатацию благодаря использованию современных материалов и опыта прошлых лет.

Однако все еще существуют определенные проблемы при строительстве зданий из монолитного бетона и железобетона. Качество и безопасность таких конструкций при низких температурах зависят от технологии проведения работ.

Из анализа результатов наблюдений можно заключить, что при нагреве бетона различных областей монолитных конструкций неравномерно прогревается, что часто приводит к замерзанию в периферийных зонах. Также известно, что в зимних условиях температура внутри монолитных конструкций распределяется неравномерно.

При низких температурах в только что залитом бетоне не замерзшая вода, смешанная с цементом, превращается в твердое вещество, что останавливает химические реакции с цементом и прекращает процесс гидратации бетона, вследствие чего он теряет прочность. Одновременно в бетоне возникают внутренние напряжения из-за увеличения объема воды (примерно на 9%) из-за ее замерзания. В случае замерзания бетона на ранней стадии малопрочные кристаллические связи разрушаются под давлением замерзшей воды. При оттаивании процесс набора прочности возобновляется, но разрушенные связи в бетоне не восстанавливаются полностью.

Также необходимо обратить внимание на то, что замораживание свежего бетона приводит к образованию ледяных прослоек вокруг арматуры и заполнителя, что отжимает цементное тесто от этих элементов и формирующейся матрицы, чем создается риск потери сцепления между ними.

В целом, эти процессы приводят к деградации физико-механических характеристик бетона, потере его жесткости и несущей способности конструктивных элементов.

Методы зимнего бетонирования

Очевидно, что для решения этой проблемы нужно создать условия, которые позволят бетону достичь "критической" прочности. Для обеспечения необходимой скорости приобретения прочности зимой необходимо создавать условия, при которых активизируются гидратационные процессы.

Существует несколько методов зимнего бетонирования, включая:

— использование бетона с противоморозными добавками;

— методы тепловой обработки (электропрогрев или использование различных теплоносителей);

— технология предварительного разогрева бетонной смеси.

При использовании последнего метода необходимо учитывать положения СП 70.13330.2012 (табл. 1), которые ограничивают температуру бетонной смеси.

Выбор способа обеспечения нужной температуры и влажности для зимнего хранения бетона зависит от экономических и технологических соображений (см. таблицу 2) и может быть осуществлен одним из следующих методов:

— использование термоса для поддержания начальной температуры бетона в пределах от 5 до 10 оС и последующего сохранения средней температуры в этом интервале в течение 5-7 суток; — применение противоморозных добавок; — применение электротермической обработки бетона (электродный прогрев, индукционный прогрев и использование различных видов электронагревательных устройств); — обогрев бетона горячим воздухом с использованием тепляков.

Для обеспечения высокого качества железобетона необходимо точно соблюдать режим прогрева, который состоит из трех этапов:

— регулируемый подъем температуры; — изотермическая выдержка, продолжительность которой зависит от типа конструкции (прогрев до достижения необходимой прочности бетона). Обычно на этапе изотермического прогрева достигается критическая прочность бетона (табл. 3); — регулируемое остывание конструкции (табл. 4) с последующим снятием опалубки, учитывая разницу температуры между внешними слоями бетона и воздухом.

Существует несколько способов электротермической обработки металла, таких как электродный подогрев, индукционный нагрев и использование различных видов электронагревательных устройств для электрического нагрева.

Электродный прогрев широко используется для нагрева бетона с помощью электрических проводов с высоким сопротивлением. Обычно нагревательные провода укладываются в массив монолитной железобетонной конструкции для внутреннего нагрева. Электроды или греющие провода подключаются к сети после укладки и уплотнения бетонной смеси.

Электродный прогрев следует проводить до того момента, когда бетон достигнет не более 50% проектной прочности. Если требуемая прочность бетона выше этой величины, то его дальнейшую выдержку следует обеспечивать методом термоса.

Для защиты бетона от высыхания при электродном прогреве и для обеспечения однородности температурного поля в бетоне при минимальном расходе электроэнергии необходимо обеспечить надежную тепло-влагоизоляцию его поверхности.

Необходимо уделить внимание факту, что продолжительность изотермического прогрева определяется строительной лабораторией на основе испытаний конкретных составов бетона при определенных температурно-временных условиях. Как правило, полученные еще в СССР обобщенные зависимости не являются точными.

Подводя практический опыт, можно отметить, что основными проблемами при зимнем бетонировании до сих пор остаются отсутствие контроля температуры застывания бетона (и, следовательно, контроля его прочности в этот период) и нарушение технологии прогрева бетона в монолитных конструкциях.

Безусловно, в условиях строительства при низких температурах затруднительно организовать должный контроль скорости приобретения прочности бетоном в реальном времени. В связи с этим возникает проблема определения точного времени, за которое бетон достигает заданной прочности, и когда можно остановить прогрев. Одним из способов решения этой проблемы может быть создание нового дизайна опалубки с технологическими отверстиями, которые позволяют осуществлять доступ к конструкции для проведения неразрушающего контроля до снятия опалубки.

Особое внимание следует уделить проблеме "горящих" электродов, возникающей при нарушении процесса прогрева. Часто это явление наблюдается при переходе от "летних" составов бетона к "зимним", когда в состав добавляются новые компоненты — противоморозные добавки (ПМД).

Это связано с изменением электрофизических и теплофизических свойств бетонных смесей. Введение ПМД может привести к снижению температуры бетонной смеси при укладке в опалубку, что естественным образом приводит к увеличению ее электрического сопротивления.

Например, когда свежий бетон имеет температуру 5 оС, его удельное сопротивление может достигать 1000 Ом*м. При температуре около 0 оС его удельное электрическое сопротивление возрастает до (30-40) Ом*м, в то время как в обычных условиях это значение составляет (4-25) Ом*м. Очевидно, что это создает проблемы в начальный период прогрева бетона, так как необходимо увеличивать напряжение тока и затем корректировать его. Одновременно с этим, при повышении температуры бетона при электродном прогреве происходит испарение влаги, что также приводит к увеличению удельного электрического сопротивления. В этом случае, установленное напряжение не может преодолеть такое сопротивление, и его нужно увеличивать.

Таким образом, необходимо постоянно контролировать и корректировать электрическое напряжение в процессе ухода за бетоном. При прогреве бетона следует учитывать изменяющиеся электрофизические параметры, чтобы избежать повышенной плотности тока в приэлектродной зоне, что может привести к "выгоранию" стали и "вскипанию" бетона в контактном слое.

Очевидно, что для каждого конкретного состава бетона необходимо определять их электрофизические параметры (например, электрическое сопротивление и прочее) путем лабораторных исследований. Эти данные будут использоваться для определения режима электропрогрева. Были проведены эксперименты для установления зависимости "состав бетонной смеси — электропроводность" в подтверждение этого подхода.

Для создания бетонной смеси мы использовали цементы разных производителей и различные типы добавок (в том числе их сочетание). Например, ST 3.0.5 (СТ 3.0.5) — это комплексный суперпластификатор на основе поликарбоксилата, который подходит для товарных бетонных и растворных смесей. Также мы применили ST Antifreeze AF (СТ Антифриз АФ), это противоморозная добавка для бетонов и растворов, обладающая эффектом ускорения твердения. И, конечно, не обошли стороной ST Antifreeze AF 4 (СТ Антифриз АФ 4), который также является противоморозной добавкой, но на основе многоатомных спиртов, а также ST Antifreeze AF 8 (СТ Антифриз АФ 8) — противоморозная добавка на основе комплекса солей и веществ, увеличивающих скорость гидратации, и ST Antifreeze AF 8.1 (СТ Антифриз АФ 8.1) — противоморозная добавка на основе комплекса солей соляной кислоты и ингибиторов коррозии.

Для проведения экспериментов была спроектирована специальная установка, которая позволяет измерить электропроводность бетонной смеси. Эта установка представляет собой кубический резервуар размером 20x20x20 см, в который засыпается и уплотняется бетонная смесь (таблица 5) объемом 7 литров с помощью лабораторного вибростола. Две противоположные стороны резервуара выполнены из металла для обеспечения проводимости. К этим сторонам подключаются клеммы для подачи напряжения 220 В; через 5 минут измеряются сила тока и температура свежего бетона. Полученные данные приведены в таблице 5.

Графическое изображение 1 демонстрирует результаты измерения электропроводности бетонной смеси.

Ясно, что при переходе на зимнее бетонирование, особенно с использованием противоморозных добавок в бетонных смесях, необходимо точно определить режим электропрогрева и оперативно его регулировать при нагреве.

Вы можете получить бесплатную консультацию по выбору противоморозных добавок.

Если у вас есть вопросы или комментарии к этой статье, оставьте их в нашей группе ВКонтакте!

Есть вопросы? Свяжитесь с нами!

Телефон: 8 (800) 555 29 32

Подпишитесь на нашу email-рассылку, чтобы быть в курсе новых статей! Подписаться на рассылку

В конце сентября — начале октября днём температура ещё положительная, а ночью наступают заморозки до -3 С°, -5 С°. Можно ли заливать ленточный фундамент, не замёрзнет ли бетон?

— Соблюдая правило, можно добиться того, что перед замерзанием бетон достигнет минимальной начальной прочности до 10% от проектной. Для этого необходимо как можно скорее уложить бетон до наступления холодной ночи, сохраняя тепло дня, а затем укрыть его пленкой и теплоизолирующим материалом (изолон, геотекстиль, пеноплекс и т. д.).

Это поможет бетону сохранить внутреннюю теплоту и приобрести прочность на следующий день. Оценить затвердевание бетона и его готовность нужно визуально: поверхность становится светлой, при отделении опалубки материал не откалывается крупными кусками, а при поцарапывании гвоздем или арматурой не остаются глубокие борозды.

А если уже конец октября, и среднесуточная температура не поднимается выше -3 С°, -7 С°? Как в таком случае заливать бетон?

— Для этой работы требуется использовать бетон с добавками, обладающими морозостойкими свойствами, в соответствии с дозировкой, рассчитанной на эксплуатацию при температуре до -15С°. Как и в ситуации, описанной в первом вопросе, необходимо обеспечить утепление только что налитого бетона. Однако, если для работы при температуре до -5 С° достаточно одного слоя утеплителя, то при данной задаче потребуется использовать 2-3 слоя утеплителя или специальные подогреваемые маты, которые можно приобрести или взять в аренду. Для их применения необходимо предусмотреть наличие электричества на строительной площадке.

Также, специальные тепловентиляторы можно использовать для обеспечения пожарной безопасности. Их размещают на бетонной поверхности или на краю опалубки, создавая каркас из арматуры, который покрывают утеплителем и поднимают в месте выхода горячего воздуха. Этот вид конструкции называется «тепляк». Готовность бетона к использованию определяется визуально по признакам, которые были описаны ранее.

Эти рекомендации применимы к фундаментным сооружениям. Для колонн, стен и перекрытий при температуре воздуха -3°С, -7°С потребуется использование систем электропрогрева.

Влияние отрицательной температуры на твердение бетона

Как уже отмечалось ранее, скорость процесса гидратации сильно зависит от температуры окружающей среды. Например, при снижении температуры с +20 до +5 градусов процесс происходит в среднем в 5 раз медленнее. Чем ниже температура, тем медленнее происходит реакция. При достижении отрицательной температуры гидратация вовсе прекращается (вода замерзает).

При замерзании вода расширяется, что приводит к повышению давления внутри бетонного раствора и разрушению образовавшихся связей кристаллов. Структура бетона разрушается и не может быть восстановлена. Кроме того, образовавшийся лед может обволакивать крупные частицы, разрушая сцепление с цементом. Это значительно ухудшает монолитность конструкции и снижает прочность.

При размораживании воды происходит продолжение твердения, однако структура бетона уже подвергается деформации. Могут появиться отслоения, трещины, деформации, и наблюдается отделение крупных наполнителей и арматуры от монолита. Чем раньше замёрзнет свежевылитый бетон, тем ниже будет его прочностной показатель.

Какие ситуации не допускают заливку бетона:

• Когда температура окружающей среды опускается до +5°С и ниже, и не предпринимаются никакие меры для подогрева или повышения морозостойкости бетона.
• В переходный период — когда температура нестабильна, отмечаются резкие изменения как в температуре по термометру, так и в уровне влажности.
• Если термометр показывает температуру +25 градусов и выше, а влажность воздуха ниже 50%, в такое время рекомендуется использовать специальные виды цемента или отложить работы, так как процесс гидратации происходит очень быстро: вода испаряется, а бетон не успевает набрать прочности, что часто приводит к появлению трещин, деформаций, отслоений и т.д.
• Заливка бетона при отрицательной температуре без предварительного прогрева должна производиться не менее чем за 3 дня до достижения температуры от +10° до +30°.
• Когда готовый бетон с добавками выдерживает непредвиденные изменения погоды, такие как оттепель, повышенная влажность, дождь и так далее.
• Если нет возможности определить правильный режим нагрева, настроить оборудование и контролировать бетон в мороз, то это может привести к негативным последствиям. Потому что и заморозки, и перегрев одинаково опасны для бетона.

Под какой оптимальной температурой можно заливать бетон:

От +5 до +20 градусов

От 0 до +5 градусов

От 0 до -20 градусов

Идеальные условия

– при температуре воздуха +20 градусов, температура бетона достигает +30 градусов, а влажность составляет до 100%.

Бетонирование зимой

Использование бетона в условиях мороза может быть необходимо по разным причинам — например, когда невозможно остановить строительство на всю зиму, при выполнении экстренных работ и так далее. Учитывая негативное воздействие отрицательных температур на материал и его технические характеристики, необходимо подогревать бетон. При этом, если температура внутри смеси превышает температуру снаружи, это может вызвать деформации.

Прогрев бетона продолжается до достижения критического значения прочности. Если таких данных нет в проектной документации, принимается значение в 70% от проектной прочности. В случае, если требуются определенные значения водонепроницаемости/морозостойкости, критическая прочность составляет 85% от проектной.

Существуют основные методы прогрева бетона для заливки при отрицательных температурах:

• Нагрев отдельных компонентов перед смешиванием.
• Применение термос-эффекта.
• Использование электронагрева.
• Использование паропрогрева.

Таким образом, вопрос о минимальной температуре для заливки бетона не возникает. Задача заключается в оптимальной подготовке смеси и объекта с учетом требований к прочности и долговечности материала.

Самый простой и дешевый способ — нагреть все компоненты, используемые для приготовления бетона, чтобы в момент заливки температура составила не менее +35-40 градусов.

Все материалы подогреваются, за исключением цемента: щебень и песок до температуры +60°C, вода до +90°C, цемент просто оставляют в теплом помещении (комнатной температуры). После этого все компоненты смешиваются и производится заливка.

Метод термоса

Данный способ применим для заливки крупных конструкций. Не требуется дополнительного подогрева, однако температура смеси должна быть не менее +10 градусов (желательно больше) во время укладки. Идея заключается в том, чтобы застывающий бетон приобрел необходимую прочность в процессе остывания.

Суть этого метода заключается в том, чтобы бетон начал затвердевать за счет экзотермической реакции (выделение тепла). В результате бетон сам себя подогревает. При исключении потерь тепла, температура бетона может достигать +70 градусов и выше.

Использование теплоизолирующих материалов надежно защищает опалубку, что позволяет устранить теплопотери бетона в процессе его затвердевания. Благодаря этому вода не замерзает, а структура бетонного монолита постепенно набирает прочность без разрушения. Данный метод является наиболее простым и экономичным при заливке фундаментов зимой, так как не требует специального оборудования.

Электронагрев бетонной смеси

Рассматривая вопрос о возможности заливки бетона при различных температурах, многие обращают внимание на использование электропрогрева. Этот процесс может осуществляться несколькими способами: с помощью электродов, методом индукции или различными электронагревательными устройствами.

Электропрогрев с использованием электродов осуществляется следующим образом:

• Электроды вводят в свежезалитую смесь.
• На электроды подается ток.
• При прохождении тока через электроды они нагреваются и передают тепло бетону.

Необходимо обеспечить переменный ток, чтобы избежать процесса электролиза, который приводит к выделению газа и повышению сопротивления тока. Это в свою очередь приводит к снижению нагрева. Если в бетоне присутствует арматура, она может быть использована в качестве электрода.

Для достижения желаемого эффекта необходимо обеспечить равномерное прогревание бетона до максимальной температуры +60 градусов. В таких случаях расход электроэнергии обычно не превышает 80-100 кВт*ч на кубический метр бетонного раствора.

Применение индукционного нагрева встречается нечасто из-за достаточно сложной реализации данного метода. Этот способ прогрева бетонной смеси основан на использовании высокочастотных токов для бесконтактного нагрева электропроводящих материалов. Например, вокруг стальной арматуры обычно обматывается изолированный провод, через который пропускается ток. В результате возникает индукция, вследствие чего нагревается арматура, а затем и сам бетон. Обычно расход электроэнергии составляет 120-150 кВт*ч на кубический метр бетона.

Для минимизации отрицательного воздействия мороза на процесс затвердевания смеси при использовании электронагревательных устройств широко применяются различные методы. Например, можно использовать обогревательные маты, которые укладываются на бетон и подключаются к электросети. Возможно создание своеобразной "палатки" над заливаемым монолитом, внутри которой устанавливается тепловая пушка для подогрева.

Важно обеспечить сохранение влаги в бетоне, чтобы он не пересох в процессе нагрева, что может негативно сказаться на его качестве и прочности, также как и на холоде (при замерзании). Расход электроэнергии составляет от 100 до 120 кВт*ч на кубический метр бетона, при условии окружающей температуры -20 градусов.

Паропрогрев бетона в зимнее время

Когда температура окружающей среды достигает нуля или ниже, есть смысл задуматься о применении парового нагрева для обогрева бетона. Этот способ особенно эффективен в случае тонких конструкций. Внутри опалубки создаются каналы для прохождения пара. Иногда применяется двойная опалубка, между стенками которой пропускается пар. Возможен монтаж труб внутри бетона для подачи пара.

Использование этого метода позволяет нагреть бетон до температуры +50-80 градусов. Такая высокая температура и оптимальная влажность ускоряют процесс застывания в несколько раз. Таким образом, за 2 суток паровой нагрев позволяет достичь прочности бетона, равной его застыванию в нормальных условиях в течение недели.

Единственным недостатком этого метода являются значительные затраты времени, финансов и усилий для его реализации.

Есть ли плюсы у бетонирования в зимний период?

Несмотря на все трудности, можно выделить и позитивные моменты:

• сокращение сроков строительства
• более низкие цены на строительные материалы и рабочую силу
• удобное хранение материалов (влага от земли не впитывается, а от снега можно просто укрыть)
• возможность проведения работ на слабом грунте
• облегченный въезд на строительную площадку из-за замерзшего грунта.

Заливка бетона летом

Один из оптимальных периодов для заливки бетона — лето, когда температура позволяет ему быстро и надежно застыть. Однако слишком жарко не лучше, чем слишком холодно. При температуре более +30 градусов химические реакции в смеси вызывают расширение и быстрое образование кристаллической структуры, что приводит к повышенному внутреннему напряжению и возможным трещинам в бетоне.

Для более комфортной работы с бетоном температура должна быть до 25 градусов, и можно проводить заливку ранним утром или вечером. Важно предотвратить слишком быстрое испарение воды, например, путем покрытия поверхности опилками или песком, поддержания влажности залитой конструкции или промачивания деревянной опалубки.

Особенности заливки осенью

В осенний период температура схватывания бетона изменяется, поэтому важно избежать ошибок, чтобы гарантировать долговечность и прочность конструкции. При работе осенью необходимо учитывать следующие особенности:

• Бетонирование лучше проводить в начале осени, когда вероятность заморозков минимальна.
• Основную часть работ следует выполнить до наступления момента промерзания, включая достижение бетоном критической прочности. Резкие перепады температуры также следует избегать.
• При работе с бетоном предпочтительно выбирать сухой период без осадков, так как в противном случае воздух и почва становятся влажными, что затрудняет затвердевание раствора.

Для нормальной гидратации не должно быть дождя хотя бы первые несколько дней.

Видео описание

Вот что интересного можно узнать о работе зимой в данном видеоролике:

Когда работаешь зимой, необходимо правильно подготовить траншею или котлован, полностью очистить от снега и наледи, затем накрыть поверхность теплоизоляцией. Если есть возможность, лучше прогреть стены и пол, потому что при разогреве земля начнет оседать. Сам цемент укладывается небольшими частями, стараясь быстрее покрывать каждый слой следующим. Если есть возможность, стоит разогреть раствор до +35-40 градусов.

Когда идет речь о температуре, при которой можно заливать бетон на улице, специалисты отмечают, что ее можно искусственно увеличить непосредственно над фундаментом. Если размеры фундамента небольшие, можно организовать небольшие теплицы – закрытые пространства, в которые подается теплый воздух от печи или нагревателя.

Коротко о главном

Эксперты отмечают, что наилучшее время для заливки бетона — лето. Идеальная температура для его застывания составляет +5-25 градусов – при этой температуре смесь хорошо застынет и быстро наберет необходимую прочность.

Процесс состоит из нескольких этапов: подготовка и маркировка места, выкопка траншей, укладка гидроизоляционной подушки, установка арматуры и заливка цементной смесью.

При заливке фундамента в осеннее время важно успеть до наступления мороза и промерзания почвы. Также необходимо учесть обильные дожди и повышенную влажность.

Зимой основной сложностью является минусовая температура. Чтобы фундамент не трескался и хорошо застывал, важно нагреть землю и бетонную смесь, также можно прогреть воздух вокруг.