Прогрев бетона в зимнее время

Зимним бетонированием считаются работы, выполняемые при среднесуточной температуре воздуха ниже 5°. В монолите резко замедляются процессы гидратации и набора прочности. Чтобы не приостанавливать строительство, применяют различные технологии для снижения вреда, наносимого холодом. В числе мероприятий — термообработка, цель которой увеличить скорость протекания реакций. Время прогрева бетона в зимнее время во многом определяет экономическую эффективность выбранного способа.

Когда требуется прогрев бетона

В северных регионах нашей страны зимние температуры нередко опускаются ниже -40°. Проводить бетонирование в таких условиях теоретически возможно, но на практике укладка осуществляется до -15...-20°С.

Оптимальными для твердения бетона считаются температура 18-22° и влажность более 90%. В таком режиме проектная прочность достигается за 28 суток. Зимой при замерзании воды структура неокрепшего монолита разуплотняется, что приводит к разрыву связей между частицами. После оттаивания гидратация продолжается, но марочные характеристики значительно ухудшаются.

Дополнительный прогрев увеличивает скорость протекания реакций. При этом достаточно, чтобы бетон набрал критическую прочность до момента замораживания. В конструкциях разного назначения это от 30% до 70% от марочного показателя. После достижение этого предела в структуре бетона устанавливаются устойчивые связи. При наступлении весеннего тепла созревание продолжается. Качественные характеристики при этом соответствуют проектным или снижаются до 10%.

Цель зимнего прогревания — как можно быстрее добиться набора критической прочности монолитных конструкций, не допуская образования очагов температурных напряжений. Для этого применяют различные методы обогрева. Совместно с добавками противоморозных реагентов и ускорителей твердения они обеспечивают необходимый результат за минимально возможные сроки.

Виды зимнего бетонирования

Согласно Р-НП СРО ССК-02-2015 тепловая обработка бетона зимой проводится способами:

• пассивным, когда смесь нагревают при приготовлении до укладки в опалубку;
• активными, при котором термическому воздействию подвергается монолит во время затвердевания.

Пассивные технологии

Эти методы рекомендуется применять для массивных конструкций. При гидратации цемента выделяется экзотермическое тепло, которое согревает монолит изнутри. Этого часто достаточно для фундаментов, ростверков или плит с модулем поверхности до 6 мˉ¹ , определяемого отношением площади холодного контакта к объему бетона.

Перед монолитными работами с применением пассивного метода рекомендуется разогреть основание — бетонные поверхности или непучинистые грунты на глубину 300 мм, пучинистые до 500 мм. Применяют утепление, прогрев электродами или гибкими термоактивными матами. Тепловые пушки или инфракрасные излучатели устанавливают в тепляках — шатрах из брезента или фанеры на каркасе.

Допускается не разогревать основание, если во время набора критической прочности отсутствует риск промерзания в зоне контакта.

Активные

При созревании бетона проводят мероприятия, направленные на увеличение температуры внутри конструкции. Они включают обогрев:

• методом термоса с использованием грунтового тепла;
• инфракрасными излучателями;
• низкотемпературными электронагревателями;
• греющими проводами;
• индукционными установками.

Наибольший эффект дает совместное применение активного и пассивного прогрева.

Приготовление бетона и подготовка основания

Для приготовления смеси и подготовки к заливке зимой разработаны правила:

• замешивать бетон в обогреваемых смесителях;
• подавать подогретую воду с температурой не выше 80°С;
• использовать не смерзшиеся компоненты, без наледи;
• время перемешивания увеличить на 25% по сравнению с производством в летний период;
• не подогревать готовую смесь свыше 35°С.

Опалубку и арматуру перед монолитными работами очищают от снега, наледи, укрывают брезентом. Если предусмотрено предварительное прогревание основания, в тепляке устанавливают обогреватели или излучатели, направляя тепловой поток в рабочую зону. Густоармированные конструкции доводят до температуры выше 0°С.

Тепловые пушки расставляют так, чтобы сопла создавали замкнутый воздушный поток в одном направлении. Оборудование с газовым нагревом размещают снаружи тепляка, а подачу воздуха осуществляют через гибкие отводы.

Для расчета продолжительности прогрева основания применяют формулы из рекомендаций Р-НП СРО ССК-02-2015, учитывающие температуру и характеристики грунта.

Транспортировка бетона при отрицательных температурах

Во время транспортировки бетон защищают от охлаждения. Если температура воздуха опустилась ниже -10°С, кузов самосвалов утепляют брезентом, щитами, пропускают отработанные газы под днищем или над поверхностью смеси, периодически обрабатывают паром стенки тары.

Специализированный транспорт для доставки бетона в сильный мороз — автобетоновозы с утепленным кожухом или автобетоносмесители с подогревом водяного бака. На дальние расстояния — 20-30 км — целесообразно доставлять сухую смесь, а за 10-15 минут до прибытия на объект добавлять теплую воду. Источником энергии служит бортовая сеть автомобиля или дополнительный электрогенератор.

Укладка бетона зимой

Чтобы избежать при заливке монолита преждевременного остывания, рукава бетононасоса оборачивают шлаковатой, войлоком, мешковиной. При температурах ниже -10°С хобот укладывают в утепленные короба и обогревают паром.

Если бетон подают с помощью виброжелоба или транспортера, вокруг устанавливают защиту от ветра из щитов, накрывают брезентом.

Для ускорения времени твердения свежий бетон подвергают вибрированию. Это позволяет применять более жесткие смеси с пониженным водоцементным соотношением. При обработке плотность раствора увеличивается благодаря освобождению от пузырьков воздуха. После укладки поверхность накрывают брезентом, рогожей.

Технологии активного прогрева бетона

Термообработка свежего бетона существенно сокращает сроки набора прочности. Скорость гидратации зерен цемента увеличивается с ростом температуры. Опытным путем установлено, что максимально быстрое взаимодействие происходит при 80°С. Но одновременно усиливается испарение воды, что неблагоприятно сказывается на качестве продукта. Поэтому поверхность необходимо защищать от потери влаги.

Метод термоса

Самый простой и бюджетный вариант прогрева монолитных конструкций заключается в создании теплозащитного барьера вокруг забетонированного участка. Свежий бетон разогревают до температуры 35-45°С, заливают в утепленную опалубку.

Тепло, выделяющееся при экзотермии цемента, разогревает монолит изнутри. Чем крупнее объект, тем больше энергии образуется при реакции. Для массивных конструкций, обладающих аккумулятивными свойствами, часто достаточно одной защиты от теплопотерь в окружающую среду.

Перспективен метод предварительного разогрева смеси до 80-90°С на стройплощадке с последующей укладкой в утепленную опалубку. Эффективность повышается при применении высокопрочных и быстротвердеющих марок вяжущего, химических добавок.

Выдержка способом термоса длится 5-7 суток. Для конструкций с большой площадью и высоким модулем поверхности требуются дополнительные источники разогрева.

Электропрогрев

При использовании этого метода электрическая энергия преобразуется в тепловую. Наиболее распространенные способы электропрогрева:

• Электродами. При прохождении через тело бетона тока малой мощности возникает электрическое сопротивление, которое вызывает разогрев материала. Нашивные, стержневые, плавающие или струнные электроды устанавливают таким образом, чтобы температурное поле в конструкции было равномерным, и присоединяют к разным фазам. Недостаток такого способа — изменение сопротивления из-за преобразования жидкой фазы в твердую.
• Инфракрасными устройствами. Промышленные излучатели помещают вблизи конструкций, направляя на поверхность объекта или опалубку. Температуру поддерживают регулятором мощности прибора, не допуская увеличения свыше 80-93°С . Таким способом прогревают бетон на глубину 50-70 см. Для обработки большей толщины применяют дополнительные технологии.
• Термоактивная опалубка. Применяют щиты с греющим кабелем, с сетчатыми нагревателями, гибкие термоматы, конструкции из графитопластика. Устройства помещают с внутренней или внешней стороны палубы, подключают к источнику электроснабжения. Теплота распространяется от поверхности вглубь монолита. Температура 60-80°С, время выдержки 8-16 часов.
• Греющие кабели. Для зимнего бетонирования используют провода ПНСВ, ВЕТ, КДБС. Тепло выделяется за счет высокого сопротивления токопроводящей жилы. Звенья из отрезков кабеля навивают на арматурный каркас согласно монтажной схемы. "Холодные" концы выводят за пределы конструкции, присоединяют к магистральной ветке через понижающий трансформатор. После окончания работ провода остаются в бетоне.

Реже применяют индукционный прогрев из-за сложности расчета требуемой мощности. Для бетонирования набольших объектов используют тепловые пушки, устанавливая их под тепляком.

Паропрогрев

Сущность метода состоит в пропускании водяного пара низкого давления сквозь паровую "рубашку" — оболочку из щитов, прикрепленную к опалубке. Нагревательные элементы устанавливают на расстоянии не более 150 мм от поверхности бетона. Стыки и щели тщательно заделывают.

Балки или колонны прогревают с помощью капиллярной опалубки с внутренними каналами или труб диаметром 13-38 мм, смонтированных вдоль осей конструкций. После пропаривания они остаются в бетоне.

Сегодня обработку паром применяют только там, где невозможно использовать электрообогрев. Режим подъема температуры, выдержки и охлаждения аналогичен. Время пропаривания составляет 24-28 часов.

Выбор метода термообработки

Прогрев бетона обеспечивает максимальную скорость набора прочности, по достижении которой можно снять опалубку и нагрузить конструкцию.

При выборе наиболее эффективного способа термообработки бетона и режима прогрева учитывают несколько факторов:

• способ бетонирования;
• массивность конструкции;
• температуру воздуха и скорость ветра;
• доступные теплоизоляционные материалы и оборудование;
• наличие источника энергии.
• размеры объекта;
• требуемые сроки работ;
• экономическую целесообразность.

При использовании метода термоса твердение происходит медленно, под действием экзотермического тепла гидратации вяжущего. Его применяют только в объемных конструкциях.

Паропрогрев неэкономичен, требует источника пара, больших затрат энергии. Устройство специальной опалубки трудоемко, а если используются трубы, они остаются в монолите, что увеличивает стоимость работ.

Применение тепляков — устаревший и долгосрочный метод. Нужно соорудить каркас и шатер, потом после прогрева демонтировать конструкцию. Для этого привлекают дополнительную рабочую силу и материалы.

Пропускание электрического тока через бетон ограничивается временем схватывания вяжущего. При твердении жидкая фаза переходит в твердую, что приводит к снижению электропроводности, пересушиванию в зонах установки электродов.

Греющая опалубка прогревает монолит неравномерно, сложна в монтаже, склонна к температурным деформациям. Ее применение приводит к значительному увеличению стоимости монолитных работ.

Наиболее перспективный и экономически целесообразный способ в различных климатических условиях — электропрогрев с помощью греющих кабелей.

Режим и время прогрева бетона

СНиП 03.03.01-87 устанавливает оптимальный режим нагрева и охлаждения при выдержке "зимнего" бетона:

• при укладке температура смеси не ниже 5°С;
• скорость разогрева от 5°С до 20°С в час в зависимости от значения модуля поверхности, чем он выше, тем быстрее возможен прогрев;
• температура выдержки — 80°С для ПЦ, 90°С для ШПЦ;
• скорость остывания — не более 5-10°С в час.

К моменту замерзания конструкция должна набрать критическую прочность.

Заключение

Для прогрева бетона зимой применяют различные методы для ускорения набора критической прочности. Время температурного воздействия зависит от выбранной технологии, состава материала, объемов конструкции, климатических условий.