Холод является серьезной проблемой для бетонирования, при этом попытка определить оптимальную температуру бетонной смеси может быть довольно непростым делом, учитывая многочисленные внешние факторы.
Влияние низких температур на бетонную смесь
Разрушительное воздействие низких температур на свежеуложенный бетон возникает из-за двух основных факторов:
- Вода замерзает при температуре 0о C, в результате чего её объем увеличивается примерно на 9%. Если это происходит в то время, когда бетонная смесь еще не облает достаточной прочностью на растяжение, возникают необратимые повреждения, ограничивающие прочностные характеристики и, как следствие, долговечность бетона. Исходя из этого, бетон считается устойчивым к воздействию холодной погоды при достижении им прочности около 3,5 Н/ мм2.
- Низкие температуры действуют как замедлитель схватывания, замедляя процесс набора прочности бетонной смеси.
Нормативные акты, касающиеся возведения бетонных конструкций, как правило, включают в себя условия и правила бетонирования в холодную погоду. Все они содержат ряд обязательных мер и предельных условий для обеспечения качества конструкций, к которым в том числе относится использование противоморозных добавок и ускорителей схватывания. Однако, помимо обязательных мер, существуют и некоторые общие принципы, направленные на то, чтобы к моменту наступления мороза бетон приобрел достаточную прочность.
Использование добавок
При бетонировании в холодную погоду первое, что приходит в голову — использовать противоморозные добавки. Это особенно актуально в случае с бетоном, изготавливаемым на заводе и доставляемым автотранспортом. Замедляющее действие обычных пластифицирующих добавок экспоненциально возрастает с понижением температуры свежего бетона, поэтому их следует применять с осторожностью в условиях холодной погоды. В условиях низких температур настоятельно рекомендуется минимизировать дозировку пластифицирующей добавки при увеличении дозировки суперпластифицирующей добавки до тех пор, пока не будет достигнута желаемая консистенция. Такой метод ускоряет начало схватывания бетона и развитие начальной прочности, при этом практически не оказывая влияния на сохранение консистенции смеси во время её транспортировки, что очень полезно для достижения бетоном максимальной прочности при отрицательных температурах.
Бетонирование в оптимальное время суток
В холодные дни отрицательные температуры фиксируются с наступлением сумерек и до позднего утра. В этот период температура остается отрицательной в течение многих часов, в результате чего молодой бетон подвергается разрушительным воздействиям. Если на момент возникновения этих условий бетон не успел набрать достаточную прочность, чтобы выдержать воздействие мороза, ущерб будет неизбежным и необратимым.
Хотя на первый взгляд может показаться, что оптимальным временем для бетонирования в холодную погоду будет время, когда дневные температуры наиболее высокие, это не так. К примеру, решение заливать бетон в 16 часов было бы неправильным, даже в том случае, если бы именно в это время была достигнута максимальная суточная температура, так как к моменту, когда температура начнет опускаться ниже нуля, бетон не успеет набрать необходимую минимальную прочность. Работы всегда должны выполняться сразу же после достижения минимально допустимой температуры бетонирования. Так свежий бетон сможет находиться в максимальном температурном диапазоне как можно большее время. Он сможет быстрее схватиться и затем набирать прочность в течение длительного времени (ниже +4ºC гидратации практически не происходит). Это, пожалуй, наиболее эффективная мера для повышения качества бетонирования в холодную погоду.
Противоморозные добавки в этом случае используются для ускорения схватывания и развития начальной прочности бетона в период после его нанесения (когда температуры благоприятны для протекания гидратации цемента). Эти добавки позволяют вести бетонирование в условиях, где без их использования молодой бетон не смог бы развить минимальную прочность, достаточную для безопасного сопротивления холоду. Так происходит, к примеру, в зимние дни, когда максимальная температура не превышает 5–6ºC или когда низкие температуры сочетается с очень высокой влажностью.
Если к моменту наступления первых заморозков бетон уже сможет развить достаточную прочность, чтобы выдержать напряжение, возникающее при замерзании воды, то температура окружающей среды не будет иметь большого значения, поскольку все процессы в бетоне при -3ºC и при -10ºC протекают одинаково.
Использование внутреннего тепла свежего бетона в качестве ускорителя схватывания
На морозе момент, когда свежий бетон достигает наивысшей температуры, наступает сразу же после приготовления смеси. Процесс гидратации цемента, а также энергия самого смешивания генерируют тепло, которое накапливается в свежеприготовленной смеси. Кроме того, производственная площадка, как правило, располагает средствами, обеспечивающими необходимую температуру свежего бетона, необходимую для работы в условиях холодного климата.
Внутреннее тепло, накопленное в свежеприготовленном бетоне, со временем неизбежно рассеивается. Поэтому очень важно минимизировать время между замешиванием бетона и окончанием работ. Для ускорения набора начальной прочности решающее значение имеет заливка бетона при температуре на несколько градусов выше. В условиях холодной погоды правильная подготовка строительной площадки с целью скорейшей заливки бетона снижает риски воздействия холода на молодой бетон. Точно так же желательно, чтобы время транспортировки между производством и строительной площадкой было как можно короче.
Влияние формы и типа конструкции на её устойчивость к холоду
Тонкие конструкции или конструкции с большой открытой поверхностью, к примеру, тротуары, будут терять накопленное тепло гораздо быстрее, чем конструкции, накапливающие наибольшие объемы при минимальной открытой поверхности, или конструкции, напрямую защищённые от холода (подземные сооружения, опалубочные конструкции и т.д.) При бетонировании в холодную погоду рекомендуется максимально изолировать и защищать забетонированные конструкции для сохранения внутреннего тепла смеси, и эта мера особенно важна в случае возведения конструкций с неблагоприятными условиями рассеивания тепла.
