Бетон — это искусственный камень, получаемый из смеси цемента, заполнителя и воды. Присутствие в бетонной смеси воды — обязательное условие химического процесса твердения бетона. Вода, вступает в реакцию с мелкодисперсными частицами цемента, в результате чего уже через несколько минут на поверхности зерен цемента появляются иглообразные кристаллы. Примерно через 6 часов кристаллов образуется столько, что между цементными зернами появляются пространственные связи. После этого в течении 28 дней образуется цементный камень, который позволяет нагружать конструкцию до проектной нагрузки.

Этот процесс называется гидратация и условие его нормального протекания — 100 процентная влажность, при этом наиболее оптимальная температура составляет от +15С до +25С.

Особенности гидратации при низких температурах

Низкие температуры приводят к кристаллизации воды в свежеуложенном бетоне. Вода превращаясь в лед, увеличивается в объеме примерно на 9%.  При этом возникают силы внутреннего напряжения в бетоне, которая приводит к разрушению кристаллических неокрепших новообразований между отдельными компонентами бетона. При наступлении оптимальных температурных условий эти разрушения не восстанавливаются. Тем самым снижается конечная прочность бетона, а в некоторых случаях это приводит к дальнейшему разрушению бетонной конструкции.

Прочность бетона ухудшается тем больше, чем раньше после укладки произошло замерзание. При добавлении в бетон противоморозных добавок можно отсрочить момент замерзания бетона. Тогда у бетонной смеси появляется время для набора прочности, при которой негативное влияние замораживания будет невелико (критическая прочность – для полной нагрузки и распалубная – для частичной). При наступлении благоприятных условий продолжится набор прочности до проектной.

Характеристики прочности

Величина критической прочности характеризуется сопротивляемостью бетона внутренним силам давления, возникающим при замерзании в нем бетона.

• Класс В7.5 — В10 — 50%
• Класс В12.5 — В25 — 40%
• Класс В 30 и выше — 30%
• Для конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию в водно-насыщенном состоянии — 70%
• Для преднапряженных конструкций — 80%
• Бетоны с противоморозными добавками к моменту его охлаждения до температуры, на которую рассчитано количество добавки, не менее 20 % от проектной прочности.

Замороженный при такой прочности бетон, после оттаивания должен быть выдержан в условиях, которые обеспечивают получение проектной прочности.

Контроль прочности бетона необходимо осуществлять испытанием образцов, изготовленных возле места укладки бетонной смеси.

Какие факторы влияют на выдержку бетона

На выбор способа выдержки бетона при зимнем бетонировании монолитных конструкций влияют от многие факторы:

• предполагаемая температура воздуха;
• форма и размер бетонируемой конструкции (массивность);
• прочность бетона, необходимая при проведении последующих работ;
• наличие на строительстве оборудования и энергетических ресурсов;

При производстве зимнем бетонировании подлежат контролю:

• температура бетонной смеси и воды;
• температура бетона до термообработки на месте укладки;
• скорость изменения температуры при прогреве и остывании бетона;
• разность температур бетонной смеси и воздуха при распалубке и другое.

При снятии укрытия с конструкции, разница температуры окружающей среды и бетона не должна превышать 10С.

Подготовка е бетонированию

Для проведения бетонных работ в зимнее время производится комплекс мероприятий по подготовке опалубки, арматуры, прокладывают дополнительные электросети.

• При температуре ниже — 15С, арматуру диаметром 25 мм и прокатные профиля подогревают до положительной температуры.
• Места разгрузки и укладки бетона укрывают от ветра и снега брезентом или фанерными щитами.
• Перед укладкой бетонной смеси в опалубку необходимо обогревать и очищать её от снега.

Приготовление бетонной смеси

Основное отличие приготовления бетонной смеси при отрицательных температурах — необходимость соблюдения установленной расчетами температуры при выходе из бетоносмесителя. Это нужно для того, чтобы после транспортирования смеси её температура была не ниже той, которая благоприятна для режима выдерживания бетона.

Заданную температуру бетонной смеси обеспечивают её компоненты при загрузке в бетоносмеситель которые должны иметь соответствующую температуру.

Оптимально допустимая температура бетонной смеси и ее составляющих при применении портландцемента Марки 400:

• Температура воды, заполнителей или их смеси – 60 С.
• Бетонная смесь на выходе из смесителя – 35 С.

Время перемешивания бетонной смеси, для увеличения однородности в зимнее время, увеличивается в 1.5 раза по сравнению с летними условиями. Бетонная смесь должна приготавливаться в отапливаемом цеху с температурой воздуха не ниже +40С. Температуру и подвижность бетонной смеси необходимо контролировать на выходе бетона из бетономешалки, а так же на месте укладки.

Использование пластификаторов

Подбор состава бетонных смесей для укладки в при низких температурах обусловлен повышенным вниманием к водоцементному отношению, а также возможностью применения пластификаторов, из за того, что противоморозные добавки, в большинстве случаев, применяются в комплексе с пластифицирующими. В настоящее время имеется ряд комплексных противоморозных добавок- суперпластификаторов, которые позволяют производить бетонирование в зимний период. К ним относятся относятся продукты компании «Полипласт»: суперпластификатор «Криопласт СП15-1», «Криопласт П25». Эти добавки имеют все свойства суперпластификаторов и позволяют производить бетонирование до -15 0С и -25 0С. Также они позволяют применение электропрогрева.

Температура бетона с противоморозными добавками на выходе из бетоносмесителя устанавливается лабораторией с учетом сроков схватывания.

Укладка и уплотнение бетонной смеси

Из-за сложности процесса подготовки замерзших рабочих швов заливку бетонной конструкции надо проводить непрерывно, небольшими участками по длине и ширине, чтобы предыдущий уложенный слой бетона как можно быстрее перекрывался следующим, и бетон не успевал остывать ниже предусмотренной расчетом температуры.

В вертикальных конструкциях высота свободного падения бетона допускается до 5 м, а при низких температурах уменьшается до 1-1.5м.

Необходимо укрывать открытые участки уложенного бетона по окончанию бетонирования. Большие площади поверхности требуют укрытия по мере бетонирования отдельных участков и во время остановок в бетонировании термоизоляционными материалами: полимерной пленкой, толем, рубероидом или утепляют щитами, матами согласно с проектом производства работ при низких температурах и теплотехнических расчетов.

От качества уплотнения бетонной смеси зависит плотность и однородность бетона, а как следствие, его прочность и долговечность. Наиболее тщательно необходимо уплотнять бетонную смесь в районе рабочих швов и углах бетонируемых участков.

Признаки, которые характеризуют достаточное уплотнение:

• остановка оседания бетонной смеси;
• выделение на поверхности цементного молока;
• отсутствие образования воздушных пузырьков.

Исходя из подвижности бетонной смеси, длительность вибрирования на одном месте для разных смесей примерно может быть установлена от 20 до 40 сек. Работающий наконечник вибратора не должен соприкасаться со стержнями арматуры, из за нарушения сцепление арматуры с бетоном от вибрации.

Уплотнение бетонной смеси необходимо проводить системно, не допуская пропусков и под строгим контролем. Каждые 30-40 минут непрерывной работы, необходимо отключать вибраторы на 5 минут для охлаждения двигателя.

Способы прогрева бетона

Существует несколько способов зимнего бетонирования:

Безобогревное выдерживание бетона

• метод «термоса»;
• метод «термоса» с противоморозными добавками;
• метод «термоса с предварительным разогревом бетонной смеси.

Бетонирование с искусственным обогревом бетона

• электротермическая обработка (электропрогрев сквозной и перефирийный, индукционный электропрогрев, греющие опалубки);
• прогрев бетона горячим воздухом и в тепляках;
• прогрев паром;
• обогрев инфракрасными лучами;
• элекропрогрев греющим проводом типа ПНСВ.