«Зимові умови» створюються на об'єкті, що будується, де значна частка робіт пов'язана з монолітним залізобетоном, значно раніше, ніж настає зима за календарем. Будівництво стає «зимовим», як тільки середньодобові температури падають до +5 о С і в нічні години трапляється температура менш 0 о С.
В умовах мінусових температур вода в складі повністю не отверділого бетону припиняє реагувати з цементом і замерзає, стаючи льодом. Інтенсивність процесів гідратації різко знижується, бетон перестає тверднути. Паралельно в товщі бетону наростає внутрішній тиск, що виникає через 9% збільшення водного об'єму, який перетворився на лід. Якщо виморожування бетонної виливки відбувається на ранній стадії робіт (безпосередньо після укладання бетону), то структура залізобетону повністю порушується, оскільки у нього відсутня здатність протистояти процесам замерзання внутрішнього об'єму рідини. У разі відтавання бетону лід знову стає водою і активізується гідратаціонной процес, але повного відновлення структури бетону не відбудеться.
При заморожуванні щойно покладеного бетону навколо його внутрішнього арматурного «скелета» і зерен наповнювача утворюється крижана кірка, наростаюча за рахунок води, що поступає з внутрішніх зон бетону з більш високою температурою. Кожна крижана кірка поступово нарощує товщину стінок і відсуває цементне тісто від бетонного наповнювача і арматури, що знижує міцності бетону, негативно впливає на його довговічність.
Якщо ж бетон встигне набрати мінімально-достатню міцність до замерзання, то негативні процеси в його структурі розвинуться. Ступінь міцності бетону, при якій низькі температури для нього не є небезпечними, носить назву «критична».
Нормативи критичної міцності бетону пов'язані з його класом, видом і умовами, в яких буде експлуатуватися дана конструкція. У разі конструкцій з бетону та залізобетону (арматура ненапружена) найбільша межа міцності повинна скласти для В7,5-В10 не менше 50% від міцності за проектом, для В12,5-В25 не менше 40%, більш В30 - 30%. Для бетонних конструкцій, що містять попередньо напружену арматуру, найбільша межа міцності повинна бути не менше 80% від проектної. Для конструкцій з бетону, схильних до сменяющимся циклам заморожування і відтавання необхідно досягти 70% міцності. Навантажуються конструкції зобов'язані набрати повну, 100% міцність від проектної перед тим, як виявляться під впливом мінусових температур.
Тривалість періоду затвердіння бетону, протягом якого досягається набір необхідних характеристик міцності, багато в чому залежить від температурних умов на будівельному майданчику. Чим вище температура повітря, тим вища активність водної складової бетонної суміші - процеси реакції з цементним клінкером проходять швидше, що прискорює внутрішню коагуляцію і формування кристалічної структури. Відповідно, зниження температури веде до уповільнення цих процесів.
Бетонні роботи в зимовий час необхідно проводити в штучно створених умовах відносно температури і вологості, домагаючись затвердіння бетону до критичної або проектної міцності за менший час і з меншими витратами. Щоб досягти необхідних результатів, застосовуються спеціальні технології змішування, доставки в розміщення на місці, а також наступного витримування бетону.
Попередній підігрів бетонної суміші
Тривалість промешіванія бетонної суміші при негативних температурах необхідно збільшити в 1,2-1,5 рази в порівнянні з «літнім» терміном її змішування. Транспортування готового бетону виконується в прогрітій, утепленій і закритій ємності, будь то бадья або кузов автомашини. Прогрів кузова автотранспорту забезпечується таким чином - він робиться подвійним, в створену таким чином порожнину спрямовуються вихлопні гази від двигуна, що дозволить зменшити втрати тепла. Доставка бетонної суміші повинна відбуватися з максимально можливою швидкістю і без будь-яких проміжних перевантажень. Ділянки, на яких відбувається завантаження і вивантаження суміші бетону, необхідно обгородити від вітру, а кошти, за якими надходить бетон (хоботи) - утеплити.
Підготовка бетонних робіт в зимовий час
Укладання бетону повинна проводитися на підставу, стан якого повністю виключає замерзання суміші по лінії стику з ним, а також можливість деформацій через пучинистість грунтів. З цими цілями підставу ділянки бетонування нагрівається до досягнення нею плюсової температури, а після укладання суміші зберігається від промерзання до тих пір, поки бетон не набере критичну міцність.
Безпосередньо перед початком робіт з бетонування опалубка та арматура чистяться від криги і снігових мас. Якщо діаметр арматури перевищує 25 мм, або вона виконана з жорсткого профільованого прокату або містить металеві закладні елементи значного розміру, то в умовах негативних температур менш -10 ° С слід нагріти арматуру.
Процеси бетонування в умовах зими виробляються швидко і безперервно - кожен нижчерозташованими шар бетону слід перекрити новим перш, ніж його температура впаде нижче розрахункової.
Сучасні технології виконання бетонних робіт в зимовий період дозволяють досягти високої якості будівельних конструкцій при оптимальному рівні витрат. Умовно вони діляться на три групи:
- технологія «термоса», що базується на збереженні початкової теплоти суміші, нагрітої в процесі складання або перед укладанням на місці робіт, а також на використанні виділень тепла, що відбуваються через реакцію цементу з водою під час затвердіння бетону;
- технологія штучного прогріву бетонної суміші після виконання її укладання в конструкцію;
- технологія хімічного зниження точки замерзання води в складі бетонної суміші і підвищення швидкості реакції цементу.
Залежно від ситуації на будівельному майданчику, наведені способи витримування бетону при низьких температурах можна використовувати комбінаційно. Остаточний вибір на користь однієї з технологій будується на типі конструкції і її габаритах, на вигляді бетону, його склад і проектної міцності, яку він повинен набрати, місцевих кліматичних умов на момент виконання робіт, енергетичних можливостей на будівельному об'єкті і т.д.
Бетонні роботи взимку і технологія «термоса»
Її суть - в укладанні суміші бетону, що має температуру в діапазоні від 15 до 30 о С, в опалубку з утепленням. Це забезпечить набір бетоном достатньої міцності завдяки його початкової теплової енергії та екзотермічної реакції цементу, що не дозволить бетонної конструкції замерзнути до терміну. Кількість теплоти, що виробляється в результаті екзотермічних реакцій, залежить від температури витримування і виду цементу, використаного при складанні суміші.
Кращі дані по тепловиділенню показують портландцемент високих марок і з швидким затвердінням. Збереження тепла в бетоні істотно залежить від екзотермії, тому бетонні роботи за технологією «термоса» слід проводити на сумішах з швидкотвердеющими і високоекзотермічнимі портландцементами, що укладаються з штучно піднятою початковою температурою в добре утеплену конструкцію.
Застосування спеціальних хімічних добавок. Деякі хімікати - поташ К2 СО3. хлористий кальцій CaCL, нітрат натрію NaNO3 і ін. - будучи введеними до складу бетону в невеликому обсязі, як правило, не більше 2% від кількості цементу, підвищують швидкість затвердіння бетону на початковому етапі витримки. Наприклад, при введенні хлористого кальцію в кількості 2% від маси цементу забезпечує 1,6 кратну міцність бетону через 2,5 доби від моменту укладання в конструкцію, в порівнянні з бетоном ідентичного складу, але не містить спеціальної добавки. Хімічні добавки також забезпечують зсув точки замерзання води до -3 ° С, що дозволяє наростити терміни охолодження бетону і тим самим забезпечити йому більший набір міцності. Більш детально інформація про методики хімічного поліпшення характеристик бетону для ведення зимової будівництва розкрита в цьому матеріалі.
Складання бетонних сумішей, що включають в себе хімічні добавки, виконується з використанням гарячої води і нагрітих зернах наповнювача. При вилученні з змішувача такий бетон зазвичай має температуру від 25 до 35 о С, безпосередньо перед укладанням його температура падає до приблизно 20 о С. Укладання в конструкції хімічно модифікованих бетонів здійснюють при зовнішній температурі повітря від -15 до -20 ° С, після розміщення в утепленій опалубки зверху настилається один-два шари теплоізоляції. Отверждение бетонної конструкції відбувається за рахунок ефекту «термоса» при одночасній дії дозованих хімічних компонентів. Технологія «термосного» бетонування поряд з використанням хімікатів проста і відносно недорога, її можна застосовувати при створенні конструкції з модулем поверхні (Мп) менше п'яти.
Бетонування за методом «гарячого термоса». Базується на швидкому прогріванні бетону до 60-80 о С і ущільненні суміші в конструкції до того, як вона охолоне. Далі бетонна суміш витримується по «термосного» технології, або виконується її додатковий підігрів протягом терміну набору критичної міцності.
На будівельному майданчику бетонна суміш найчастіше розігрівається за допомогою електроструму - в ній розміщуються електроди і подається змінний струм, нагрів відбувається завдяки опору бетону. Потужність і кількість теплової енергії, що виробляється за одиницю часу, прямо пропорційна напрузі на електродах і обернено пропорційна омічному опору суміші. При цьому інтенсивність провідникові залежить від площинних розмірів електродів, дистанції між ними і питомій омічному опору суміші бетону.
Дотримуючись другого методу автосамосвал, в кузові якого міститься бетонна суміш, прибуває на будмайданчик і слід на пост розігріву - його кузов розташовується точно під електродної рамою. Активується робота вібраційної установки, потім в що міститься в кузові бетон заводяться електроди, до них подається електрострум. Нагрівання суміші виконується протягом 10-15 хвилин при її нагріві до 60 о С (вірно для швидкотверднучих портландцементов), до 70 о С для портландцементів і до 80 о С для шлакопортландцементів.
Щоб швидко і за вкрай короткий термін нагріти бетон до необхідної температури, важливо забезпечити майданчик високими електричними потужностями. Наприклад, на 15-ти хвилинний прогрів кубометра бетонної суміші до 60 о С піде 240 кВт, а на більш швидкий 10 хвилинний до цієї ж температури - 360 кВт.
Наступна частина статті, присвячена прогріванню покладеної в конструкцію суміші, знаходиться за цим посиланням.