Для того чтобы бетон не тратил свои свойства, его нужно транспортировать с помощью специальных машин и поддерживать нужную температуру. Правильное соблюдение температурного режима позволит создать благоприятные условия твердения смеси, предотвратить опасное трещинообразование не только в период выполнения строительных работ, но и в дальнейшей эксплуатации всего строения.

Изображение 1. Таблица времени твердения бетона.

В материале данной статьи речь пойдет о том, какой должна быть температура бетона для того, чтобы он смог затвердеть и набрать необходимую прочность.

Итак, свежеприготовленный бетон должен иметь температуру не более 30°C. При укладке смеси из бетона в условиях температуры воздуха окружающей среды от +5 до -3°C ее температура должна быть не меньше +5°C. Здесь следует учесть, что данный температурный показатель, характерный для массы цемента как минимум 240 кг/м? (марка М200 и более), при использовании меньшего количества цемента температура приготовленной смеси должна быть не меньше +10°C.

Соответствующей температурной средой для твердения специалисты считают +15+20°С. Время схватывания бетона, которое напрямую зависит от его температуры, можно посмотреть в таблице.

Схема твердения конуса бетонной смеси.

Конечно, при укладке смеси из бетона с пониженной температурой окружающей среды ее прочность нарастает намного медленнее. А если температура ниже нуля, то твердение будет практически прекращено, если только в смесь не включены соли, которые способны снизить точку замерзания влаги.

Бетон, который начал уже твердеть, а после этого замерз, после оттаивания в теплой среде будет продолжать твердеть только в том случае, если в начале его твердения не было повреждения замерзающей водой. По мнению специалистов, допускается одноразовое замораживание бетона и, соответственно, его оттаивание только в том случае, когда температурный режим бетонной смеси на протяжении не менее 72 часов поддерживался на отметке не ниже +10°C.

При бетонировании с повышенной температурой окружающей среды бетон твердеет намного быстрее, особенно это характерно в условиях повышенной влажности. Обогрев бетонной смеси до температуры более 80°C приводит к быстрому ее высыханию. Исключением является лишь обработка бетона насыщенным паром в специально герметизированной камере с температурой 90-100°C или изготовление изделий на заводах в автоклаве под давлением.

Зимний период

К укладке бетонной смеси в холодное зимнее время года есть одно главное требование – приобретение бетоном прочности, достаточной для распалубки, полной или частичной нагрузки конструкции. Следствием замерзания бетонной смеси в начальной стадии является существенное снижение ее прочности после того, как произойдет оттаивание.

Данное явление происходит из-за того, что свежеприготовленный бетон насыщен влагой, которая при низкой температуре замерзает и расширяется, результатом этого становится разрыв связи между слабо схватившимся цементным камнем и поверхностью заполнителей.

График усадки при высыхании бетона.

Кроме того, при сооружении железобетонных конструкций раннее замораживание бетонной смеси значительно снизит ее сцепление с металлической арматурой.

При выполнении бетонных работ в зимний период нужно обеспечить твердение бетонной смеси во влажной и теплой среде на протяжении определенного времени. Этого можно достичь двумя способами:

• применение внутренней температуры бетона;
• дополнительная подача тепла.

В первом способе нужно использовать быстротвердеющий и высокопрочный портландцемент. Специалисты рекомендуют применять различные ускорители твердения цемента, например, хлористый кальций. Таким образом, ускорение твердения бетонной смеси добивается путем уменьшения количества воды, добавления в нее воздухововлекающих и пластифицирующих добавок, а также использование при укладке высокочастотного вибратора.

Выполнение всех этих мероприятий непременно позволит ускорить твердение и даст возможность добиться достаточной прочности бетонной смеси прежде, чем она замерзнет.

Запас внутренней теплоты создается путем нагревания материалов, из которых состоит бетонная смесь, кроме того, в застывающем бетоне тепло выделяется и в результате химической реакции, которая происходит между водой и цементом (экзотермия цемента).

Следует знать, что для замешивания бетонной смеси подогревать можно только воду или воду и составные (щебень, гравий, песок). Вода подогревается до 90°С, наполнители – до 40°С.

Обогрев бетона

Таблица ускорителей и замедлителей схватывания бетонных смесей.

Нужно учесть, что температура смеси при выгрузке из бетономешалки должна быть не более 30°С, так как при большей температуре она просто застынет и потеряет необходимую для укладки подвижность. Также следует знать, что не рекомендуется добавлять воду в приготовленную смесь, потому что это приводит к снижению ее прочности.

Непосредственно перед тем, как уложить бетон в конструкцию, его можно подогреть в специальном бункере – использовать электропрогрев. Электрический ток проникает через бетонную смесь, и она разогревается до температуры 50-70°С.

Разогретая смесь должна быть сразу же уложена, так как она достаточно быстро густеет. Процесс твердения составляет 3-7 дней, при этом бетон будет выделять весомое количество тепла. Для того чтобы на некоторое время это тепло сохранить, опалубку и открытые ее места нужно накрыть хорошим изоляционным материалом (минеральная вата, шевелин, опилки и т.д.). Данный способ называется термос. Таким способом обогрева бетонной смеси специалисты рекомендуют пользоваться для сооружения конструкций со средней толщиной.

Существует обогрев бетона с использованием пара. Водяной пар пропускается посередине двойной опалубки, которая его окружает, или по трубкам, расположенным внутри бетонной смеси. Пар может пропускаться и по каналам, которые заблаговременно вырезаются на внутренней стороне опалубки. Как правило, температура пара колеблется в пределах от 50 до 80°С.

Обогрев бетонной смеси с помощью пара позволяет достичь ее твердения в сравнительно короткое время (2 суток).

Пластинки-электроды

Схема процессов при твердении бетонной массы.

В данном способе подогрева используется переменный ток. Специальные пластинки-электроды из стали соединяются с электрическими проводами и укладываются с боку или сверху конструкции на начальном этапе схватывания бетона. Также могут быть использованы продольные электроды или короткие стержни из стали, которые вбиваются в бетон с последующим подключением к электрическим проводам. После того как бетон затвердеет, концы стержней просто срезаются.

Пластинки-электроды применяют, как правило, для прогрева плит и стен, поперечные стальные стержни и продольные электроды – для обогрева колонн и балок.

На начальной стадии прогрева необходимо подавать ток с низким напряжением (50-60 В). Свежеуложенная бетонная смесь при прохождении через нее электричества подогревается и затвердевает. Следует учесть, что подогрев нужно выполнять очень медленно, это позволит избежать преждевременного высушивания бетона и появления в нем трещин. Температуру бетонной смеси повышают не больше чем на 5°С/ч, таким путем необходимо довести его температуру до 60°С. При этом способе обогрева бетонной смеси она на протяжении 1-2 дней твердения наберет необходимую прочность.

Обогрев бетонной смеси можно выполнить путем нагревания воздуха, который ее окружает. Для этого необходимо создать брезентовый или фанерный тепляк, в котором соорудить временную печь (газовая горелка, калорифер и т.д.). В сооруженном тепляке ставится сосуд с водой для создания влажной среды. Такой способ намного дороже предыдущего и используется при очень низкой температуре и небольших объемах бетонирования.

Использование противоморозных добавок

Существует и холодный способ бетонирования в зимних условиях. Данный способ не предусматривает подогрев материалов бетонной смеси. Суть его заключается в добавлении в воду большого количества солей: хлористый кальций, поташ, нитрит натрия, хлористый натрий. Эти соли способны снизить точку замерзания влаги и обеспечить бетонной смеси необходимые условия набора прочности на морозе. Но здесь следует учесть, что бетон, приготовленный с добавлением поташа, очень быстро застывает, а быстрое схватывание приводит к трудностям его укладки в опалубку. Поэтому для удобства работы с бетоном, в котором присутствует данная добавка, добавляется сульфитно-дрожжевая бражка или мылонафт.

Самым простым и экономичным вариантом использования бетона зимой является замешивание бетонной смеси с добавлением противоморозных добавок. Но здесь существуют и свои недостатки, к примеру, большое количество химических элементов (соли) ухудшает структуру бетонной смеси, а это приводит к уменьшению долговечности конструкции.

При эксплуатации конструкции во влажной среде возможно возникновение коррозии арматуры из-за воздействия на нее хлористых солей. Следует знать, что применение для замешивания бетонной смеси нитрита натрия и поташа не вызывает коррозии.

Общие положения . Понятие «зимние условия» при производстве бетонных работ отличается от календарного. «Зимние условия» для конкретной стройки начинаются, когда среднесуточная температура наружного воздуха снижается до + 5°С, а в течение суток наблюдается ее падение ниже нуля.

При температуре ниже 0°С в бетоне прекращаются процессы гидратации, т.е. взаимодействие минералов цемента с водой. Твердение бетона приостанавливается, так как бетон замерзает, превращаясь в монолит, прочность которого обусловливается силами смерзания. В бетоне появляются внутренние напряжения, вызываемые увеличением объема свободной воды примерно на 9% при замерзании. Эти напряжения разрывают неокрепшие адгезионные связи между отдельными компонентами бетона, снижая его прочность. Свободная вода, замерзая на поверхности зерен заполнителей в виде тонкой пленки, препятствует сцеплению цементного теста с заполнителем. Это также ухудшает прочностные свойства бетона.

После оттаивания бетона твердение при положительной температуре возобновляется, но прочность оказывается ниже проектной, т.е. той, которая была бы достигнута при твердении в нормальных условиях. Снижаются и другие свойства бетона: плотность, долговечность, сцепление с арматурой и т. д. Свойства бетона ухудшаются тем значительнее, чем раньше после укладки произошло его замерзание. Если бетон к моменту замерзания наберет определенную прочность, то отрицательное влияние замораживания на его свойства невелико: после оттаивания прочность бетона может достигнуть проектной величины. В этом случае адгезионное сцепление между цементным тестом и заполнителем значительно больше внутренних напряжений. Поэтому вероятность деформаций в контактной зоне меньшая.

Минимальную прочность бетона к моменту его замерзания, достаточную для достижения им после оттаивания проектной прочности, называют критической. Эта прочность для бетонов в конструкциях с ненапрягаемой арматурой должна быть не менее 30...50% от проектной в зависимости от класса бетона и не ниже 50 кг/см2. В предварительно напряженных конструкциях она должна быть не ниже 70% от проектной. Если конструкции предполагается нагружать в зимний период, то к моменту замораживания прочность бетона в них должна достигнуть 100% от проектной величины.

Для получения в зимних условиях бетона проектного качества необходимо обеспечить для него температурно-влажностный режим, при котором физико-химические процессы твердения не нарушаются и не замедляются. Продолжительность поддерживания такого режима должна обеспечивать достижение критической или проектной прочности.

Задача «зимнего» бетонирования: получить бетон заданной прочности. Для этого выполняются общие мероприятия и различные технологии обеспечения нормального режима твердения бетона.

Общие мероприятия :

а) Работы ведутся на подогретой бетонной смеси. Эта смесь в момент укладки в конструкцию должна иметь положительную температуру, по величине обратную температуре окружающего воздуха. Это достигается подогревом воды, щебня и песка (паром) при приготовлении бетонной смеси на заводе.

б) Для исключения охлаждения в пути кузов самосвала закрывается сверху щитами, а снизу подогревается выхлопными газами от двигателя автомобиля через устроенное двойное дно кузова.

в) Бадьи и бункера накрываются деревянными утепленными крышками, а снаружи обшиваются. При сильных морозах их периодически прогревают паром. Бетононасосы устанавливают в отапливаемых помещениях. Перед началом работы через бетоновод прокачивается горячая вода. Звенья труб магистрального бетоновода при температуре ниже минус 10°С заключают в теплоизоляцию вместе с обогревающей грубой трубопровода.

г) Перед укладкой бетонной смеси опалубка и арматура очищаются от мусора, снега, наледи. Для этого при необходимости используется продувка горячим воздухом от калориферов или паром, а также промыв горячим паром с последующей продувкой горячим воздухом.

д) При морозах ниже минус 15°С арматуру из стержней диаметром более 25 мм и прокатных профилей отогревается до плюс 5°С, чтобы обеспечить хорошее сцепление бетона с арматурой. С этой же целью выступающие за пределы утепленной опалубки металлические элементы после отогрева утепляются на длине не менее 1,5 м от блока.

е) На качество бетона сильно влияет состояние основания, на которое его укладывают. Важно исключить раннее замораживание бетона в стыке с основанием и последующее деформации пучинистых грунтов основания.

До начала бетонирования фундаментов пучинистые грунты отогреваются паром, огневым способом или с помощью электричества. Не пучинистые грунты не прогревают. Температура укладываемой смеси должна быть как минимум на 10°С выше, чем температура грунта основания. Не допускается укладка бетонной смеси на замерзший грунт («промороженное» основание).

При необходимости укладки бетонной смеси на ранее уложенный и замерзший бетон он отогревается на глубину не менее 400 мм и предохраняется от промерзания до приобретения свежим бетоном критической прочности.

ж) При бетонировании, для уменьшения тепловых потерь, бетонная смесь укладывается небольшими участками по длине и ширине, чтобы ранее уложенные слои быстрее перекрывались новыми, и температура бетона не успевала опускаться ниже расчетной.

з) Бетонирование ведется круглосуточно без перерывов, так как подготовка замерзших рабочих швов весьма трудоемка и не всегда обеспечивается необходимое качество.

Технологии, обеспечивающие нормальный режим твердения бетона:

1. Применение химических добавок .

Химические добавки понижают температуру замерзания жидкой части бетонной смеси, обеспечивающая твердение бетона при температуре ниже 0°С, что увеличивает время набора прочности.

Этот метод относительно недорогой (дополнительные затраты по сравнению с обычными условиями (удорожание) около 16%) и широко применяется в строительстве. В качестве добавок используются: хлористый натрий, хлористый кальций, углекислый калий (поташ), нитрит натрия и др.

Добавки вводятся в бетонную смесь при ее приготовлении. В зависимости от их количества получают заданный эффект:

При 1–2% от веса цемента – ускорение твердения бетона;
- при 3–5% от веса цемента – понижение температуры замерзания на 5–10°С;
- при 10–15% от веса цемента – полное исключение замерзания «холодный бетон», но при этом набор прочности продолжается 40–90 суток.

2. Прогрев бетона .

а) Метод «термоса» . Используется тепло, выделяющееся при химических реакциях твердения бетона. Для этого конструкцию дополнительно утепляют.

Метод эффективен для массивных конструкций простой формы, особенно для заглубленных сооружений и конструкций на грунте и в грунте (фундаменты, стены подвалов, фундаменты под оборудование, полы на грунте и т. п.). Для усиления эффекта при приготовлении смеси используются цементы с повышенным тепловыделением.

б) Прогрев паром . Вокруг забетонированной конструкции устраивается «рубашка» из рубероида, деревянных или стальных щитов, под которую подается пар (рис. 4.52). «Рубашка» обеспечивает необходимый прогрев конструкции и влажность (не высушивает бетон).

Используется пар низкого давления 0,5 –0,7 атм. с температурой 80–90°С. Примерный режим паропрогрева: скорость подъема (градиент) температуры не более 5–10 град/ч; изотермический прогрев при температуре 80°С для бетонов на обычном портландцементе и 95°С – на шлакопортландцементе и пуццолановом цементе. Скорость остывания (градиент) бетона должна быть 10 град/ч. Паропрогрев бетона возможно вести до набора им проектной прочности, что особенно актуально для наших восточных и северных регионов, где «зимний период» составляет
8... 10 месяцев.

Метод применяется для прогрева различных бетонных конструкций, но лишь там, где имеется пар в необходимом количестве.

в) Электропрогрев . Внутренний – с помощью электродов. Тепло выделяется при прохождении электрического тока через сырую бетонную смесь. Электроды могут внедряться в свежеуложенный бетон или до бетонирования в конструкцию закладываются греющие провода. Количество электродов, греющих проводов в каждом случае определяется расчетом.

Достоинство способа – простота. Недостатки – сложность контроля (круглосуточное наблюдение) и высокая стоимость.

Наружный – тепло выделяется «греющей» опалубкой или греющими гибкими электрошнурами.

3. Бетонирование в «тепляках» . Над бетонируемой конструкцией или частью ее устраивают легкое каркасное ограждение из брезента, пленки и т.п. (шатер) и под него подается теплый воздух или нагреватели ставятся внутри шатра. Под шатром (температура плюс 5–10 °С) бетонирование выполняется в обычных условиях.

В зависимости от задания тепляк может «работать» 3–16 суток, до набора бетоном 50% проектной (расчетной) прочности или все расчетные 28 суток.

4. Обогрев бетона инфракрасными лучами (проникающий прогрев) .

Особенность метода в том, что передача тепла бетону (прогрев) происходит на всю толщину конструкции одновременно и с одинаковой интенсивностью (рис. 4.53).

Для обогрева монолитного бетона применяют ТЭНы типа НВСЖ (нагреватель воздушный сушильный жаростойкий) или НВС (нагреватель воздушный сушильный). Мощность этих обогревателей на 1 м длины колеблется от 0,6 до 1,2 кВт, температура излучающих поверхностей – от 300 до 600°С. ТЭНы работают при напряжении 127, 220 и 380 В.

Карборундовые излучатели имеют мощность до 10 кВт/ч, а их рабочая температура достигает 1300–1500 °С.

Оптимальное расстояние между инфракрасной установкой и обогреваемой поверхностью 1–1,2 м.

Обогревать инфракрасными излучателями можно как открытые поверхности бетона, так и через опалубку. Для лучшего поглощения инфракрасного излучения поверхность опалубки покрывают черным матовым лаком. Температура на поверхности бетона не должна превышать 80–90°С. Чтобы исключить интенсивное испарение влаги из бетона, открытые поверхности закрывают полиэтиленовой пленкой, пергамином или рубероидом.

Инфракрасные установки ставят на таком расстоянии друг от друга, чтобы прогреть все участки бетонной поверхности. Прогрев бетона инфракрасными лучами условно делят на три периода: выдержку бетона и его разогрев; изотермический прогрев; остывание.

Способ применяют для термообработки бетона в тонкостенных конструкциях с большим модулем поверхности (например, стен, бетонируемых в скользящей опалубке, плит, балок). Этот метод применяют также для отогрева замерзшего бетона в рабочих швах, при укладке бетона в штрабы, а также для отогрева арматуры, закладных деталей и «активной» поверхности опалубки-облицовки перед укладкой в нее бетона.

Источник : Технология строительных процессов. Снарский В.И.

Температура бетонной смеси – один из важных технологических показателей качества бетонной смеси. Наибольшее внимание температуре бетонной смеси необходимо уделять в холодное время года при пониженных положительных и отрицательных температурах воздуха, а также в теплое время года при повышенных положительных температурах.

В холодное время года при изготовлении бетонной смеси температура исходных компонентов и готовой бетонной смеси должна обеспечить качественное перемешивание. Необходимо учесть потерю температуры смеси при последующей транспортировке и формовании. Температура смеси после формовки должна быть такой, чтобы в условиях применяющегося режима твердения обеспечить прогрев бетона.

В теплое время года при повышенных положительных температурах необходимо не допустить быстрой потери подвижности бетонной смеси из-за перегрева.

Обратимся к нормативной документации.

В ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные технические условия» не указан рекомендуемый диапазон температур бетонной смеси при производстве. Температура бетонной смеси должна соответствовать значению, указанному в договоре на поставку (п. 5.1.8). Допустимое отклонение температуры бетонной смеси не должно превышать 3 °C (п.5.1.7). Более ранний вариант этого документа, ГОСТ 7473-85 (отменен) по приложению 4 (справочному) устанавливает продолжительность транспортирования бетонной смеси при температуре воздуха 20-30 °С, причем температура бетонной смеси принимается 18-20 °С. Эти же температуры принимаются и по редакции ГОСТ 7473-94 (приложение Е – рекомендуемое). В последней редакции ГОСТ 7473 этих данных не приводит. Очевидно, что температура бетонной смеси 18-20 °С принимается за базовую в теплое время года.

СН 386-74 «Типовые нормы расхода цемента для бетонов сборных бетонных и железобетонных изделий массового производства» (отменен) в п.2.13: «подвижность и жесткость бетонной смеси определяются по ГОСТ 10182-62 не позднее 30 мин с момента ее приготовления при температуре смеси в пределах 10-30 °C». При этом ГОСТ 10181-2014 «Смеси бетонные. Методы испытаний» не устанавливает температуру бетонной смеси при испытаниях, единственно уточняя в п.3.6 «Температура бетонной смеси от момента отбора пробы до момента окончания испытания не должна изменяться более чем на 5 °C». Считается, что нормальные температурные условия твердения бетона от +15 до +25 °С (по п.2.14 СН 386-74). Отсюда и температура бетонной смеси после укладки должна быть близка к этим значениям.

По п.2.18 СНиП 5.01.23-83 «Типовые нормы расхода цемента при приготовлении бетонов сборных и монолитных бетонных и железобетонных изделий и конструкций» (отменен) температура бетонной смеси влияет на расход цемента. Нормальной считается температура до 25 °С, при более высоких температурах для расхода цемента вводится повышающий коэффициент: от 26 до 29 °С – 1,03; 30 и более – 1,06. Эти коэффициенты применяются и согласно п. 5.18 действующего СНиП 82-02-95 «Федеральные (типовые) элементные нормы расхода цемента при изготовлении бетонных и железобетонных изделий и конструкций».

Температура бетонной смеси устанавливается нормативными документами:

1. В холодное время года

По п.3.4.3 ГОСТ 26633-2012 — не менее 5 °C в момент поставки. В редакции ГОСТ 26633-2015 (вступает в силу с 01.09.16 г.) этого требования уже нет.

В СНиП I-В.3-62 «Бетоны на неорганических вяжущих и заполнителях» (отменен) указано: «Минимальная температура затворенных водой товарных бетонных смесей на месте выгрузки должна быть не ниже 5 °С». В заменяющих указанный СНиП документах подобного требования нет, по всей видимости, оно перенесено в п.5.11.16 СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87»: «Температура бетонной смеси, уложенной в опалубку, к началу выдерживания или термообработки: при методе термоса — не менее 5 °C, с противоморозными добавками – не менее чем на 5 °C выше температуры замерзания раствора затворения; при тепловой обработке – не ниже 0 °C». Указанный раздел СП входит в «Перечень национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»
(утв. постановлением Правительства РФ от 26 декабря 2014 г. N 1521) и является обязательным к применению.

Температура бетонной смеси не менее 5 °С должна быть обеспечена уже после укладки, поэтому при отгрузке на бетонном заводе необходимо учесть длительность транспортировки, выгрузки и укладки бетонной смеси. Определения термина «раствор затворения» в нормативной документации нет. По всей видимости, под ним понимается смесь воды затворения и вводимых химических добавок. Методика определения температуры замерзания раствора затворения не указана. Сама формулировка «раствор затворения» не совсем удачна, поскольку не учитывается часть воды, вводимая с заполнителями естественной влажности.

Температура бетонной смеси, доставленной на объект при температуре наружного воздуха от минус 5 °C до минус 10 °C и от минус 10 °C до минус 15 °C соответственно должна составлять не менее +10 °C и +15 °C – п.4.7.9 ТР 147-03 «Технические рекомендации по устройству дорожных конструкций из литых бетонных смесей».

Температура бетонной смеси при укладке должна быть не ниже 5 °C – по п.8.2 СП 78.13330.2012 «Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85». Указанный документ устанавливает это требование не только для зимнего времени года. Но данный пункт СП не входит в «Перечень…» и поэтому является рекомендательным.

Верхнюю границу температуры бетонной смеси устанавливает п.5.11.16 СП 70.13330.2012: «При отрицательных температурах окружающей среды на выходе из смесителя бетонная смесь на нормальнотвердеющем цементе по ГОСТ 10178 и ГОСТ 31108 – не более 35 °C; на быстротвердеющем цементе по ГОСТ 10178 и ГОСТ 31108 – не более 30 °C; на глиноземистом портландцементе – не более 25 °C».

1. При производстве бетонных работ при температуре воздуха выше 25 °C

По п.5.12.2 СП 70.13330.2012 температура бетонной смеси при бетонировании конструкций с модулем поверхности более 3 не должна превышать 30 °C, а для массивных конструкций с модулем поверхности менее 3 не должна превышать 25 °C.

Не уточняется – температура ли это бетонной смеси в момент поставки или уже уложенной в опалубку.

1. При производстве отдельных видов бетонных работ

При напорном бетонировании температура бетонной смеси должна быть от 5 до 20 °C — по п.3.2.4.2 МДС 12-65.2014 «Проект производства работ. Бетонирование железобетонных конструкций здания (сооружения) с применением бетононасосов».

1. В производстве бетонных и железобетонных изделий

При проектировании заводских технологических линий необходимо предусматривать начальную температуру бетонной смеси для конструкций, подвергаемых тепловой обработке, в пределах от 20 до 35 °C – Приложение И «Тепловая обработка сборных конструкций» СП 46.13330.2012 «Мосты и трубы», а также п.8 приложение 8 СНиП 3.06.04-91 «Мосты и трубы».

Для остальных видов изделий и конструкций заводской готовности подобных требований нет.

Методика измерения температуры бетонной смеси приведена в ГОСТ 10181-2014 «Смеси бетонные. Методы испытаний».

1. Средства испытания

Для определения температуры бетонной смеси применяют стеклянный термометр по ГОСТ 13646 «Термометры стеклянные ртутные для точных измерений. Технические условия» или другой прибор для измерения температуры с ценой деления не более 1,0 °C.

Допустимо использовать не ртутные жидкостные термометры, а также электронные термометры с соответствующей точностью измерений.

1. Проведение испытания

2.1. Измерение температуры бетонной смеси должно быть начато не позднее чем через 2 мин после отбора пробы.

2.2. Прибор для измерения температуры погружают в бетонную смесь на глубину, определяемую техническим требованием к прибору для измерения температуры. Это требование особенно актуально для жидкостных термометров — необходимо обращать внимание на длину рабочей части термометра.

Согласно п 7.2 ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия» температуру бетонной смеси измеряют термометром, погружая его в смесь на глубину не менее 5 см.

2.3. Толщина слоя бетонной смеси вокруг прибора для измерения температуры должна быть не менее 75 мм. Диаметр емкости, заполненной бетоном отсюда – не менее 16 см.

2.4. Температуру измеряют через 3 мин после погружения прибора для измерения температуры в бетонную смесь до ее стабилизации.

2.5. Температуру одной пробы бетонной смеси измеряют два раза с интервалом 5 мин. Разность между результатами двух определений температуры не должна превышать 2 °C.

Теплообмен пробы с окружающей средой до окончания измерений должен быть минимизирован. Температура бетонной смеси от момента отбора пробы до момента окончания испытания не должна изменяться более чем на 5 °C (п.3.6 ГОСТ 10181-2014).

Измерение температуры бетонной смеси в производстве производится при первой загрузке в смене (прил. Г ГОСТ 7473-2010). Согласно п.14.6.4 СП 78.13330.2012 температура цементобетонной смеси контролируется не реже одного раза в смену, а также при изменении качества материалов (в данном случае их температуры).

Температура бетонной смеси при укладке замеряется и записывается в журнал бетонных работ при укладке в зимних условиях, а также при бетонировании массивных конструкций согласно требованиям СП 70.13330.2012. По п.3.2.3.15 МДС 12-65.2014 «Проект производства работ. Бетонирование железобетонных конструкций здания (сооружения) с применением бетононасосов» температура бетонной смеси при укладке фиксируется в журнале работ независимо от сезона и вида конструкций.

Помимо требований нормативных документов необходимо учитывать и изменение свойств бетонной смеси от температуры (см. Шадрин В.В. Влияние температуры бетонной смеси на параметры пористости и морозостойкость бетонов с добавками. Автореферат диссертации. Ленинград, 1990. 25 с.)

Для того чтобы свежий бетон был устойчив к замерзанию используют специальный состав бетонной смеси и обеспечивают твердение при положительной температуре. Ниже приведены данные о времени, необходимом для достижения стойкости к замерзанию (с учетом норм СНиП 3.03.01-87, таб. №6):

Есть 3 способа создать благоприятные условия для твердения бетона зимой при отрицательных температурах окружающего воздуха:

1. производят предварительно разогретой бетонной смесью, а далее сохраняют тепло в бетоне;
2. Используют обогрев сформированных бетонных конструкций;
3. Для приготовления бетонной смеси используют противоморозные химические .

Чаще всего зимнее бетонирование производят с использованием сочетания вышеперечисленных мероприятий.

Разогрев бетонной смеси

Станция для прогрева бетона СПБ-35 Дуга

Производят в процессе приготовления бетона. Температуру разогрева выбирают в зависимости от длительности и способа транспортировки бетона к месту укладки и температуры окружающего воздуха. Важно, чтобы к моменту окончания формирования монолитной бетонной конструкции температура в теле бетона не опустилась ниже +15 0 С. После кладки бетонной смеси конструкцию накрывают теплоизолирующим материалом, чтобы твердение бетона происходило при положительной температуре. Бетонирование массивных монолитных конструкций производят с учетом температуры, выделяющейся при гидратации . Для определения точной температуры внутри твердеющего бетона в него помещают датчики температуры.

Обогрев конструкций

для поднятия температуры в теле бетона используют электрический и инфракрасный прогрев.

Применение противоморозных добавок

используют для предотвращения замерзания бетона при транспортировке и укладке бетонной смеси. В качестве противоморозных добавок для приготовления бетона используют:

• хлорид кальция (ХК);
• нитрат кальция (НК);
• смесь, состоящую из нитрита кальция и нитрата кальция (ННК);
• смесь из нитрита, нитрата и хлорида кальция (ННХК);
• хлорид натрия (ХН);
• нитрит натрия (НН);
• сульфат натрия (СН);
• карбамид (мочевина);
• поташ (П);
• формиат натрия;
• фильтрат технического пентаэритрита.

ХК и СН – наиболее эффективные противоморозные добавки. При этом они могут вызывать коррозию арматуры и образовывать высолы (белый налет) на поверхности. Поэтому их применение строго ограничено. Бетонные смеси с входящими в их состав небольших дозировок НК и формиата натрия можно использовать при температуре окружающего воздуха до -20 0 С, не опасаясь коррозии арматуры и появления высолов на поверхности бетона.

Противоморозные добавки исполняют сразу две функции: они укоряют твердение бетона и одновременно понижают температуру замерзания воды. Вода остается в жидком виде, что позволяет бетону твердеть и при температурах ниже нуля.

Заливка бетона при низких температурах

При зимнем бетонировании часто возникают следующие ошибки:

• увеличивается время, необходимое для отделки поверхности бетона;
• увеличение стоимости бетонирования;
• формируется слабая пылящая бетонная поверхность;
• образуются трещины.

Чтобы избежать вышеперечисленных последствий необходимо в процессе приготовления и укладки бетонной смеси придерживаться следующих рекомендаций.

Температурный режим бетонной смеси

При заливке бетона зимой нужно помнить о необходимости соблюдения температурного режима бетонной смеси:

• свежеприготовленная бетонная смесь должна иметь температуру не выше 30 о С;
• бетонная смесь при заливке бетона в условиях среднесуточной температуры воздуха от + 5°C до — 3°C должна иметь температуру: при марке бетона от М200 и выше – не менее +5°C; при меньшей марке бетона – не менее +10°C;
• если температура воздуха ниже — 3°C, то безопасное бетонирование возможно при поддержании температуры бетонной смеси на уровне не ниже + 10 °C в течение 3 дней.

Приготовление бетона зимой

Бетонную смесь для заливки бетона при низких температурах готовят с учетом следующего:

• используют повышенное содержание цемента;
• снижают водоцементное соотношение;
• зернистые наполнители предварительно подогревают до + 35°C;
• воду подогревают до + 70°C;
• подогретую воду предварительно смешивают зернистым наполнителем и только потом добавляют цемент;
• ингредиенты подают в следующем порядке: зернистый заполнитель + основная часть подогретой воды; делаем несколько оборотов; заливаем оставшуюся часть воды. Продолжительность перемешивания минимум 1,5-2 минуты (в 1,5 раза больше чем в соответствии с летними нормами);
• используют противоморозные и воздухововлекающие добавки;
• бетонную смесь подогревают до температуры не выше +30°C;
• продолжительность вибрирования увеличивается в 1,25 раза.

Еще несколько важных моментов:

• предварительно подогретую бетонную смесь и смесь с противоморозними добавками можно укладывать на неотогретое непучинистое основание (песчаную подушку) или старый бетон только в том случае, если в соответствии с расчетами в зоне контакта на протяжении расчетного периода выдерживания бетона не произойдет его замерзания;
• бетонную смесь после укладки и уплотнения укрывают полимерной пленкой, а также теплоизолирующими материалами, что позволяет сохранить тепло, выделяющееся в процессе гидратации цемента;
• для того, чтобы быть уверенным в прочности монолитного фундамента, нужно помнить: если в течение 28 суток среднесуточные температуры могут опускаться ниже +5°C , — бетонировать фундамент не рекомендуется;
• оставлять малозаглубленные (незаглубленные) фундаменты незагруженными в зимний период — нельзя. Если этого не избежать, то вокруг фунда­мента сооружается теплоизоляционное покрытие. Для этого используют любые материалы, предохраняющие от промерзания, например: опилки, шлак, керамзит и т.п. Выпуски арматуры утепляют на высоту не менее чем 0,5 м.

Способы зимнего бетонирования

Ниже будут рассмотрены все существующие методы зимнего бетонирования, их области применения, а также даны рекомендации по выбору метода выдерживания бетона в зависимости от вида возводимых монолитных железобетонных конструкций в зимний период времени при низких температурах.

	Особенности технологии	Примерныйрасход энергии, (кВт/ч)/м 3	Область применения
«Термос»	В момент укладки температура бетонной смеси не менее 10 о С; – утепленная; скорость остывания бетона — не более 5 0 С/ч.		Массивные конструкции, в которых модуль поверхности (отношение площади поверхности возводимой конструкции к ее объему) М п <3
Сквозной электродный прогрев	Подъем температуры: со скоростью не более 10 о С/ч;	80 – 110	Бетонные малоармированные конструкции: М П от 3 до 10, толщина – до 50 см
Периферийный электрообогрев	более 15 0 С/ч; Температура изотермы — не более 50 о С; достижения критической прочности	90 – 120	Конструкции, в которых М П < 15; При толщине до 20 см — односторонний прогрев и утепленная опалубка; При толщине более 20 см – двусторонний прогрев.
Предварительный форсированный электроразогрев , в том числе в опалубке с повторным	Разогрев бетонной смеси за 10 – 15 мин до 70 –80 о С. в бункерах /опалубке (после уплотнения). При М П <5 достаточно «термосно » выдержать в утепленной опалубке. При М П >5 может понадобиться дополнительный обогрев	40 – 80	Конструкции, в которых М П < 8.
Кондуктивный обогрев или «греющая опалубка»	Подъем температуры: со скоростью не более 10 о С/ч; Температура изотермы — не более 50 о С; Продолжительность прогрева: до достижения критической прочности	100 – 130	М П > 8.
Электропрогрев греющими проводами	Подъем температуры: со скоростью не более 10 0 С/ч; Температура изотермы — не более 50 о С; на контакте с бетоном температура нагревателя не более 80 о С; продолжительность прогрева: до достижения критической прочности	80 – 110	М П > 10.
Обогрев инфракрасными излучателями	Температура нагреваемой бетонной поверхности — не выше 80 о С; защита от испарения воды из бетона – обязательна	120 – 200	Эффективно для стен и перекрытий
Индукционный прогрев	Подъем температуры: со скоростью не более 15 0 С/ч; Температура изотермы — не более 50 о С; температура бетона на контакте с арматурой — не более 80 о С; продолжительность прогрева: до достижения критической прочности	100 – 150	Густоармированные железобетонные конструкции линейного типа
Конвективный прогрев (тепляки, электрокалориферы )	Камерный традиционный (общий) тепляк при температуре до 20 о С. Локальный камерный тепляк.	120 – 200	Конструкции с показателем М П > 10 в замкнутых пространствах и температуре наружного воздуха выше минус 30 о С
Безообогревный с применением химических добавок	Ограничения по виду добавок: зависит от вида арматуры и требований к качеству поверхности		Ограничение по температуре наружного воздуха: до минус 15 о С
Паропрогрев (глухим или острым паром)	Подъем температуры: со скоростью не более 15 о С/ч; Температура изотермы — не более 50 о С; Продолжительность прогрева: до достижения критической прочности	90 – 140	Для любых конструкций, требующих обогрева

Выбор метода зимнего бетонирования

Выбрать метод для укладки бетонной смеси при отрицательных температурах воздуха и осуществить рациональное зимнее бетонирование можно с использованием следующих рекомендаций:

Вид конструкций, возводимых при зимнем бетонировании	Минимальная температура воздуха, 0 С	Методы зимнего бетонирования
Массивные железобетонные и бетонные фундаменты, плиты и блоки с М п до 3	До -15	Термос
	До -25	Термос + ускорители твердения бетона. Термос + противоморозные добавки (применяют в комплексе с пластифицирующими добавками)
Фундаменты (под конструкции зданий/оборудование/массивные стены) с М п 3 – 6	До -15	Термос, в т.ч. с использованием противоморозных добавок/ ускорителей твердения
	До -25	«Греющая опалубка». Предварительный разогрев бетонной смеси.
	До -40	«Греющая опалубка». Периферийный электропрогрев .
Балки, колонны, элементы рамных конструкций, прогоны, свайные ростверки, перекрытия, стены с М п 6 – 10	До -15	Термос + противоморозные добавки, обогрев в «греющей опалубке» нагревательными проводами. Предварительный разогрев бетона, индукционный нагрев
	До -40	Обогрев в «греющей опалубке» нагревательными проводами в сочетании с термоактивными гибкими покрытиями (ТАГП) + противоморозные добавки
Полы, плиты перекрытий, тонкостенные конструкции с М п 10 – 20	До -40	То же

Зимний период и низкие температуры не являются препятствием для возведения бетонных и железобетонных конструкций при подборе соответствующего метода выдерживания бетона при зимнем бетонировании.

В видео подробно описаны особенности зимнего бетонирования при низких температурах:

Комментариев:

• Способы зимнего бетонирования
• Специальные добавки в бетон
• Электрический разогрев
• Инфракрасный нагрев
• Опалубки с подогревом

При широком применении бетона люди сталкиваются с одной существенной проблемой – зимнее бетонирование. Сегодня основным строительным материалом считается именно бетон, который используется при возведении любого сооружения.

Температура бетонного раствора должна быть не ниже 5° С при заливке монолитных конструкций, и не ниже 20° С – для тонкого бетона.

В южных районах можно приостановить работы в холод, а вот как быть в местах, где минусовые температуры держатся длительный период? Зимнее бетонирование – это вполне реальный процесс строительства, который неоднократно проверен на практике и нормируется рядом документов.

Особенности строительства в зимний период

Главная особенность зимнего периода – низкая температура, которая оказывает существенное влияние на свойства бетона. Основной процесс формирования бетонной структуры – гидратация цемента. Повышение температуры играет роль катализатора в этом процессе и обеспечивает ускорение оформления окончательной структуры (набора прочности).

Расчеты прочностных свойств основаны на оптимальной температуре около 18-20° С, при которой бетон набирает свою планируемую прочность через 28 дней после заливки.

Снижение температуры замедляет процесс гидратации цемента, и при температуре укладываемого раствора в 5° С бетон достигает через 4 недели только 70% необходимой прочности. При температуре ниже 0° С гидратация останавливается из-за замерзания воды, без которой этот процесс невозможен. Таким образом, надо сделать следующий вывод: при температурах бетона менее 10° С заметно удлиняется период набора прочности материала, что необходимо учитывать при строительстве при минусовых температурах (замерзание воды) процесс упрочнения прекращается.

Вернуться к оглавлению

Требования к зимнему бетонированию

Установлено, что температура бетонного раствора в момент заливки не должна быть ниже 5° С для монолитных конструкций, ниже 20° С – для тонких слоев бетона. В процессе гидратации цемента внутри смеси выделяется тепло, но его хватает для того, чтобы снизить температуру замерзания воды только на 2-3° С (сравнение с окружающим воздухом).

Помимо этого, сам раствор после смешения должен иметь температуру не ниже 20° С (желательно 30° С), иначе теряется его пластичность, укладка станет большой проблемой. Уплотнение холодной массы не достигнет нужного эффекта – появятся зоны недостаточного уплотнения смеси.

Вышеуказанные условия, необходимые для формирования качественной структуры, вызывают необходимость применения специальных мер при укладке бетона в зимний период. Технология должна обеспечивать или прогрев раствора и поддержание нужной температуры, или введение добавок, которые способны понизить температуру замерзания воды, ускорить процесс упрочнения бетона при низких температурах и повысить пластичность раствора в холодное время.

Вернуться к оглавлению

Способы зимнего бетонирования

В зимнее время раствор бетонируется 4 основными способами, способными удовлетворить предъявляемые требования, или (чаще всего) сочетанием таких способов. К ним относятся:

1. Разогрев бетонного раствора при смешении и укладке.
2. Введение специальных добавок противоморозной направленности.
3. Обеспечение термосного эффекта.
4. Длительный во время твердения.

Разогрев раствора может производиться разными методами. Наиболее распространены разогрев паром, прогрев потоком воздуха (конверторный метод), индукционный разогрев, нагрев при помощи инфракрасного излучения, прямой электрический нагрев.

Длительный прогрев осуществляется в специальных опалубках, где размещены нагревательные элементы, обеспечивает принудительное нагревание бетона в процессе его твердения до температуры не ниже 5-10° С. Термосный эффект достигается сохранением тепла, выделяемого при гидратации цемента или другой реакции при введении добавки, за счет обеспечения хорошей теплоизоляции бетонной конструкции после заливки.

При зимнем бетонировании потребуются следующие инструменты:

• миксер строительный;
• лопата;
• весы;
• мастерок;
• шпатель;
• термометр;
• болгарка;
• электродрель;
• молоток;
• плоскогубцы;
• отвертка;
• отвес;
• уровень;
• рулетка;
• молоток;
• терка;
• кельма.

Вернуться к оглавлению

Специальные добавки в бетон

Зимнее бетонирование расширяет свои возможности при введении противоморозных добавок. Такие бетонные смеси без подогрева можно использовать при температуре 0-5° С. Самой распространенной противоморозной добавкой являются поташ и нитрат натрия. Количество вводимой добавки зависит от условий твердения бетона:

• при температуре воздуха до -5° С потребуется 5-6% указанных добавок;
• при температуре до -10° С – 6-8%;
• при -15° С – 8-10%.

Если твердение массы проходит при большем морозе, то нитрат натрия не применяется, а количество поташа увеличивается до 12-15%. Помимо этих веществ, можно использовать мочевину или смесь нитрата кальция с мочевиной.

Эффект повышения морозостойкости усиливается при одновременном добавлении ускорителей твердения массы. К наиболее распространенным можно отнести формиат натрия, асол-К, смесь на основе ацетилацетона и некоторые другие. В качестве стандартных противоморозных добавок с дополнительными пластифицирующими и ускоряющими свойствами можно рекомендовать:

• гидробетон С-3М-15;
• гидрозим;
• лигнопан;
• победит-антимороз;
• бетонсан;
• сементол.

Наиболее экономичной добавкой для самодельных смесей является аммиачная вода.

Вернуться к оглавлению

Использование термосного эффекта

Бетонирование в зимних условиях с использованием термосного эффекта заключается в увеличении времени остывания бетонной конструкции на период, достаточный для набора нужной прочности. Главная задача – сохранить тепло раствора, обеспеченного при его приготовлении, и тепло, выделяющееся при гидратации цемента.

Способ термоса обычно используется совместно с введением добавок, ускоряющих застывание массы и снижающих температуру замерзания воды. В качестве таких добавок применяются хлористые кальций и натрий или нитрит натрия в количестве до 5% от веса цемента.

Сам «термос» монтируется в виде утепленной опалубки, стенки которой покрываются теплоизоляционными материалами в несколько слоев. Хорошими теплоизоляторами являются пенополистирол и минеральная вата. Термосные стенки изготавливаются в следующем порядке: на опалубку крепится слой гидроизоляции (полиэтиленовая пленка), поверх – теплоизоляция, сверху – еще один слой гидроизоляции. Сверху бетонная конструкция также надежно укрывается аналогичными слоями изоляции. Термосный эффект наиболее заметен в монолитных конструкциях со значительным объемом бетона и может использоваться до температуры -5° С.

Вернуться к оглавлению

Электрический разогрев

Бетонные работы зимой можно проводить при предварительном электрическом разогреве раствора. Технология способа основана на нагреве с помощью электродов, опущенных в бетонный состав. Обычно применяются электроды пластинчатого типа на напряжение в 380 В, при этом емкость должна быть заземлена.

В результате разогрева массы раствор может потерять свои эластические свойства, поэтому рекомендуется вводить пластифицирующие добавки. Прогрев смеси можно проводить и в барабане бетономешалки с применением электродов в виде стержней. Прогрев производится с таким учетом, чтобы укладываемый раствор имел температуру 30-40° С.

Электрический метод можно использовать для разогрева раствора во время заливки опалубки. Применение находят два способа: периферийный нагрев (плоские электроды размещаются по поверхности бетонного элемента) и сквозной разогрев (стержневые электроды пропущены через толщу бетона и опалубку). В последнем случае следует исключить контакт электродов с арматурой бетонной конструкции.