Можно ли заливать бетон зимой и в мороз

Особенно это касается зимнего бетонирования (при пониженных температурах). Заливка бетона зимой (см. рис.1) или при отрицательных температурах внешнего воздуха несёт в себе значительные риски, в первую очередь вызванные сокращением или остановкой процесса гидратации цемента при низких температурах, что может привести к серьёзным долгосрочным отказам. Основные риски зимнего времени включают снижение прочности, необратимые повреждения от замерзания и масштабирование поверхности. В связи с этим многие подрядчики предпочитают применять специальные методы, обеспечивающие снижение температурных перепадов.

Риски зимнего бетонирования: подробности

Ключевые опасности и проблемы

К ним относятся:

1. Замерзание свежего бетона на улице. Если температура материала опускается ниже нуля, причем еще до достижения критической прочности бетона (определяется примерно в 5 МПа), вода в смеси замерзает и расширяется примерно на 9…10%, вызывая необратимые повреждения внутренней структуры.
2. Резко сниженная прочность. Даже если бетон в зимнее время не замерзнет, низкие температуры (ниже 5°C) значительно ухудшают гидратацию, замедляя развитие прочности. Бетон, подвергшийся слишком раннему замерзанию, может потерять до 50% своей потенциальной максимальной прочности.
3. Поверхностное отслаивание. Повторяющиеся циклы замораживания и оттаивания на затвердевающем или свежезалитом бетоне приводят к отслаиванию/ шелушению верхнего слоя, повреждая поверхность и снижая эксплуатационную долговечность.
4. Трещины и разрушение конструкции. Неравномерное отверждение (когда верх еще тёплый, а низ уже замёрз) или резкие перепады температуры (термический шок) могут привести к значительным трещинам, деформации и возможному обрушению, особенно если формы удаляются слишком рано.
5. Трещины в строящемся объекте. Выливание смеси на замёрзшую землю приводит к неравномерному оседанию, когда почва в конечном итоге растает. Это гарантированно приводит к образованию структурных трещин.
6. Длительное время затвердевания, что задерживает весь строительный график работ, поскольку при заливке бетона зимой требуется гораздо больше времени, чтобы достичь необходимой прочности для последующего снятия опалубки.

При зимнем бетонировании увеличивается также опасность появления поверхностных дефектов (например, пыли): Использование невентилируемых обогревателей может вызвать карбонизацию, что приводит к образованию структурно слабой, порошкообразной поверхности, которая легко отслаивается.

Негативные последствия бетонирования в зимний период и методы их предотвращения

Чаще других приемов употребляют утепление на улице зоны заливки (см. рис. 2). В ход идут утепляющие одеяла, тенты или даже системы отопления, способные поддержать температуру бетона выше 5°C в первые 48 часов. В качестве локальной меры это помогает, но остаются в силе другие причины отказов:

• Заливка на замёрзшую землю, когда смесь укладывают прямо на лед или замерзшую, не оттаявшую почву;
• Слишком раннее снятие опалубки - до достижения достаточной прочности бетона;
• Недооценка ночных морозов, когда строители недооценивают метеорологический прогноз и не учитывают резкие падения температуры в ночное время.

Лучшие практики для снижения рисков бетонирования в зимний период:

• Убедитесь, что земля не замерзла: разморозьте почву с помощью обогревателей или одеял, а перед заливкой уберите лед и снег;
• Используйте предварительно нагретые смеси: заказывайте готовый бетон, который нагревается выше 5°C, а желательнее - до 10…15°C);
• Для ускорения отверждения используйте нехлоридные ускорители, являющиеся и противоморозными добавками в бетон;
• Не менее 48…72 часов поддерживайте необходимую температуру в зоне заливки, для чего применяйте утеплительные одеяла.

Для точного отслеживания температуры и прочности бетона в режиме реального времени при всех способах бетонирования рекомендуется устанавливать датчики температуры и влажности (см. рис. 3).

Распространенные ошибки, которых следует избегать

Нельзя использовать:

1. Обливание мерзлой земли: это серьезная ошибка, поскольку оттаивающая почва оседает, вызывая трещины и неровности, а холодная поверхность замедляет затвердевание, делая нижнюю часть мягкой, а верхнюю - затвердевающей.
2. Не сохранять бетон теплым: низкие температуры замедляют гидратацию. Замораживание (даже при температуре -4°C) останавливает процесс, что приводит к образованию слабого пористого бетона.
3. Преждевременное снятие защиты: снятие термоизоляции или покрытий до того, как бетон достигнет ранней прочности, может привести к его слишком быстрому охлаждению, что приведет к остановке затвердевания.
4. Использование холодных инструментов/материалов. Такие инструменты или агрегаты отбирают тепло из смеси, препятствуя схватыванию и создавая слабые места.
5. Добавление слишком большого количества воды: это облегчает укладку, но значительно ослабляет бетон, и эта проблема усугубляется в холодную погоду.
6. Игнорирование перепадов температуры. Перепады температуры в ночное время, охлаждение ветром и воздействие на объект могут значительно замедлить отверждение, если их не принять во внимание.
7. Неправильное использование нагревателей. Непостоянный или прямой нагрев может создать неравномерный температурный градиент, что приведет к растрескиванию и ухудшению качества.

• Спешная отделка: обработка поверхности при наличии стекающей воды или при слишком низкой температуре приводит к образованию накипи и дефектам поверхности.

Оптимальные способы бетонирования и уход за бетоном зимой подробнее будут рассмотрены далее.

Процессы зимнего бетонирования и их ограничения

Общие соображения

Технологии зимнего бетонирования — это специализированные методы, материалы и оборудование, используемые для обеспечения правильного схватывания, отверждения, набора прочности и уход за бетоном зимой (при температуре ниже 5°C). Эти методы необходимы для предотвращения замерзания бетона до достижения им достаточной прочности, что может снизить окончательную целостность конструкции до 50%.

Часто используются:

1. Бетонные смеси с подогревом. Поставщики готовых смесей нагревают воду и заполнители, что позволяет доставлять бетон при температуре, часто превышающей 10°C.
2. Химические противоморозные добавки в бетон, которые увеличивают скорость гидратации, обеспечивая более быстрое схватывание и увеличение прочности (см. рис. 4).
3. Антифризы: они снижают температуру замерзания воды в смеси, защищая ее на раннем этапе.
4. Изоляционные одеяла/брезенты: накладываются на только что залитый бетон, чтобы сохранить тепло, выделяемое в процессе гидратации.
5. Обогреваемые корпуса: временные конструкции (например, полиэтиленовые палатки), обогреваемые - для поддержания стабильной и теплой среды отверждения - портативными обогревателями.
6. Обогрев земляного полотна: использование одеял для обогрева грунта или пропаривание для оттаивания замерзшего грунта перед заливкой во избежание образования пустот.
7. Ускоренное затвердевание (затравка): добавление синтетических кристаллов гидрата силиката кальция, который ускоряет процесс отверждения бетона.

Для определения безопасного времени зачистки руководствуются показаниями датчиков.

Советы по заливке бетона в холодную погоду

Перед началом работ определите особые особенности и требования к прочности, убедившись в защите бетона при необходимых температурах до застывания.

Зимнее бетонирование при отрицательных температурах окружающей среды следует проводить с соблюдением рекомендаций и норм МДС 12-48.2009 (см. рис. 5). Помимо применения специальных марок бетона часто помогает и реализация следующих советов, гарантирующих долговечность результата:

Ключевым для успеха заливки бетона в холодную погоду является выбор высококачественного бетона, желательно с прочностью на сжатие не менее 27 MПа. Чем прочнее бетон, тем лучше он сопротивляется силе расширяющейся воды. Также выбирайте бетон, проникающий в воздух. Это позволяет воде заполнять крошечные вакуумные пустоты, снимая давление с пор/капилляров бетона при замерзании и расширении воды.

Подготовьте участок и материалы перед заливкой бетона (см. рис. 6). Предварительно необходимо прогреть и подготовить грунт и воду, чтобы предотвратить температурные перепады. Рекомендуется предварительно нагревать воду и заполнители для смешивания с цементом соответственно до 60°C и 82°C, чтобы компенсировать холод.

Уберите лёд, снег и воду с места заливки. Защитите рабочих и бетон от ветра и погодных условий, которые могут вызвать резкие падения температуры и быстрое испарение.

Холодные инструменты могут изменять качество и прочность бетона, поэтому перед употреблением храните оборудование и оснастку внутри, вдали от холода.

Внимательно следите за температурой бетона. Чтобы избежать замерзания, которое приводит к медленному затвердеванию и низкому качеству бетона, необходимо контролировать температуру бетона в холодную погоду. Укладывайте бетон после подачи как можно оперативнее, чтобы поддерживать оптимальной температуру нагретой смеси. Для этого приобретите термометр с циферблатом или инфракрасный термометр для постоянного тестирования температуры бетона, внимательно следите за тем, чтобы температура оставалась выше необходимых 10°C для укрепления прочности бетона. Убедитесь, что температура не опускается ниже 4,5°C за 24 часа. Чёткая таблица температуры воздуха и бетона поможет быстро устранить любые неожиданные перепады температуры.

Теплоизоляции, используемые для поддержания температуры бетона во время гидратации и отверждения, должны быть непроницаемыми от ветра и воды. При необходимости готовьтесь применить одеяла, светильники и дополнительное отопление, если солнце садится, как раз тогда, когда вы готовы закончить заливку. Обеспечьте безопасность корпусов и систем отопления от пожара и паров.

В холодную погоду ускоряющие примеси увеличивают время набора бетоном прочности. Однако, когда бетон достигает сдавливающей стойкости (примерно 3,5 MПа), холодная погода наносит незначительный ущерб свежему бетону. Поэтому, чем раньше вы достигнете сдавливающей прочности, тем меньше вероятность неудачи заливки (см. рис.7).

Добавление ускорителей в бетон непосредственно перед или во время смешивания увеличивает скорость гидратации, сокращает время застывания, ускоряет отверждение и увеличивает скорость раннего развития прочности. Однако, если вы используете стальную арматуру, избегайте добавок с хлоридом кальция, вызывающим образование корки на поверхности, так как это может привести к трещинам бетона.

Добавление большего количества цемента в смесь увеличивает гидратацию, обеспечит дополнительное тепло и минимизирует попадание воды на поверхность бетона. Увеличение соотношения цемента к воде увеличивает плотность цементной пасты, тем самым добавляя устойчивость к погодным условиям и повышая прочность бетона.

В холодную погоду безопасность сотрудников обеспечивает успех работника, подрядчика и проекта. Обучение сотрудников распознаванию ранних признаков холодного стресса и обморожений может предотвратить серьёзные долгосрочные проблемы (см. рис. 8).

Зимнее бетонирование с применением пластиковой и композитной арматуры

Зимнее бетонирование с использованием пластиковой (полипропиленовое волокно) и композитной арматуры требует специальных методов обработки, поскольку низкие температуры значительно замедляют схватывание и набор прочности бетона. Ключевые стратегии включают использование теплых материалов, ускоренное отверждение и защиту бетона сразу после заливки с помощью изоляционных покрытий, пластиковых листов или обогреваемых кожухов.

Ключевые соображения

Бетон нельзя укладывать на мерзлую землю, а арматура должна быть очищена ото льда и снега (см. рис. 9). Температура бетона при доставке должна быть не менее 5°C. Сразу после укладки бетон следует накрыть изоляционными одеялами или пластиковой пленкой, чтобы сохранить тепло гидратации.

При использовании пластиковой арматуры (фибробетона) наилучшие результаты показывают волокна на основе полипропилена и поливинилового спирта, повышающие долговечность уложенного бетона в холодную погоду. Синтетические волокна, такие как полипропилен, используются для уменьшения растрескивания при пластической усадке, вызванного холодными условиями. Синтетический фибробетон демонстрирует повышенную устойчивость к циклам замораживания-оттаивания при оптимальной дозировке около 7 кг/м³.

Хотя волокна и улучшают предел прочности материала на растяжения, высокие дозировки (более 1,5%) полипропиленового волокна могут снизить прочность на сжатие из-за повышенной пористости.

Стержни из армированного стекловолокном полимера показывают высокую эффективность в холодном климате, обеспечивая высокую устойчивость к коррозии, вызванной хлоридами, которая может усугубляться зимними противообледенительными солями.

Композитные волокна, однако, могут стать хрупкими при сильном холоде, а поглощение влаги может привести к микротрещинам на границе между бетоном и арматурой.

Исследования показывают, что стержни из стеклопластика с песчаным покрытием хорошо работают при многократном замораживании и оттаивании без значительного снижения прочности по сравнению с контрольными образцами. Поэтому они потенциально могут удвоить расчетный срок службы (по сравнению с традиционной стальной арматурой) в суровых и холодных условиях.

Лучшие практики зимнего бетонирования

Сводятся к следующим рекомендациям:

• Использовать бетон, нагретый до температуры не менее 10°C;
• После окончания процесса укладки немедленно накрывать бетон, чтобы поддерживать температуру отверждения в диапазоне 10…24 °C;
• Чтобы ускорить время схватывания, рекомендуется использовать жидкие ускорители, не содержащие кальция;
• Рекомендуется увеличить содержание цемента в смеси до 300 кг/м³ и более, либо использовать быстротвердеющий цемент.
• Для мониторинга температуры бетона в режиме реального времени следует применять датчики.

Распространенные ловушки:

• Замораживание: оно может остановить гидратацию, что приведет к образованию слабого пористого бетона;
• Раннее удаление тепловой защиты: внезапное охлаждение после снятия одеял может привести к растрескиванию бетона;
• Игнорирование фундамента: нежелание исполнителей оттаять землю/основание перед началом работ приведет к некачественной заливке;
• Проверьте прогноз погоды: начинайте работы при температуре выше 5°C; прекращайте, если условия становятся слишком суровыми.

Крайне нежелательно использовать в заливаемом бетоне (из-за значительной разницы в коэффициентах теплового расширения) комбинированную – стальную + композитную / пластиковую арматуру!