Доброго времени суток, дорогой читатель!
В следующие несколько предложений я постарался уложить все основные моменты, которые необходимо выдержать для качественного проведения монолитных работ, а также немного теории о том, какие процессы происходят в бетоне при наборе прочности в зимнее время.
Итак, приступим...
Нормальная температура твердения бетона 20-22°С. Как известно, при повышенной температуре темп набора прочности увеличивается, но при повышении температуры необходимо создавать влажную среду, т.к. с повышением температуры влага испаряется из тела бетона, а без неё процесс твердения нарушается, что приводит к снижению проектной прочности. Соответственно при пониженной температуре темп набора прочности снижается. При температуре ниже +5°С твердение бетона резко замедляется, а при отрицательной температуре, вода замерзает и твердение останавливается.
Считается, что только после приобретения бетоном критической прочности (от 5 до 12,5 Мпа для классов от В7,5 до В40) он способен воспринимать нагрузки без разрушения собственной структуры.
В период нахождения бетонной смеси при отрицательной температуре, до окончания коллоидации (схватывания – когда твёрдые продукты реакции уже не могут растворяться в жидкой фазе), на момент гидратации (период растворения), плёнка воды на границах цементного камня и заполнителей бетонной смеси (щебень, песок) замерзает. Образовавшийся лёд разрушает сформировавшуюся слабую структуру бетона. После такого внутреннего разрушения бетон не наберет проектную прочность даже после размораживания. Таким образом, процесс схватывания и твердения бетона не может продолжаться на морозе, если не принять специальные меры.
Учитывая вышесказанное, главная проблема бетонирования при пониженных и отрицательных температурах – это замерзание (кристаллизация) воды.
Решение проблемы замерзания воды – принятие необходимых мер, которые сохранят оптимальную температуру тела бетона. Существуют три способа создания благоприятных условий для твердения бетона при пониженных и отрицательных температурах окружающей среды:
I. Предварительно разогреть бетонную смесь, в последующем сохранить тепло в бетоне;
II. Обогрев отформованных конструкций;
III. Использование противоморозных добавок InB.
Как правило, используется комплекс из перечисленных мер.
Разберём каждый пункт подробнее:
I. Разогрев бетонной смеси происходит в процессе её приготовления. Разогревают заполнители и воду. Температура разогрева материалов зависит от требуемой температуры бетонной смеси, которая определяется в зависимости от длительности и способа транспортирования её к месту укладки и температуры окружающего воздуха. Необходимо, чтобы к моменту окончания формования температура в теле бетона была, по крайней мере, не ниже 15°С.
II. Обогрев отформованных конструкций. Метод обогрева зависит от типа конструкций и возможностей подвода тепла. Во всех случаях конструкции должны быть укрыты гидроизолирующим материалом для того, чтобы влага из бетона не испарялась. Возможные методы обогрева отформованных конструкций:
- Способ термоса – использование собственных тепловыделений бетона, за счёт экзотермических реакций гидратации цемента. В зависимости от массивности конструкций и температуры окружающего воздуха подогревают воду для бетона до 90°С или воду и заполнители до 50°С. Бетонная смесь, при выходе из бетономешалки, должна иметь температуру не выше 40°С, т.к. при более высокой температуре она быстро загустеет. В бетонных смесях с противоморозными добавками с той же целью необходимо поддерживать ещё более низкую температуру 20°С и ниже. Минимальная температура бетонной смеси при укладке в массивные конструкции должна быть не ниже 5°С, а при укладке в тонкостенные конструкции не ниже 20°С. Теплота из бетона выделяется в основном в первые 3…7 суток. Полный расчёт возможных тепловыделений производят на ЭВМ или по специальным инструкциям. Для сохранения тепла в бетоне, опалубка и все открытые части бетона на определённый срок укрывают хорошей теплоизоляцией, теплозащитные параметры которой определяются теплотехническим расчётом. Способ термоса можно использовать для конструкций, имеющих отношение к охлаждающейся поверхности бетона к его объёму (модуль поверхности) не более 6.
- Электрообогрев – обогрев воздуха, который окружает бетон. Вокруг конструкции сооружают тепляк и поддерживают в нём температуру нагревательными приборами. Высокотемпературные нагревателей инфракрасного излучения или низкотемпературные. Нагреватели инфракрасного излучения с температурой на излучающей поверхности более 250°С представляют собой ламповые термоизлучатели, спирали, ТЭНы, коаксикальные нагреватели и др. К низкотемпературным относятся гибкие сетчатые, проволочные, греющие шнуры и др. Выбор вида нагревателя определяется типом и размером обогреваемых изделий, конструкцией опалубки, имеющимися электрическими мощностями. Важно, чтобы в тепляке была влажная среда, для этого устанавливают сосуды с водой, а при наличии герметичной опалубки тщательно следят, чтобы влага не испарялась из бетона. Инфракрасное излучение эффективно в производстве крупногабаритных железобетонных конструкций для обогрева промороженных бетонных поверхностей, тепловой защиты укладываемого бетона и интенсификации его твердения, предварительного нагрева стыкуемых частей железобетонных элементов, арматуры и закладных деталей зоны стыка, ускорения твердения бетона при замоноличивании стыков сборных конструкций. Низкотемпературные нагреватели монтируют непосредственно в опалубку, а гибкие – в греющие маты и одеяла. Специальный греющий провод устанавливают непосредственно в бетон (привязывается к арматуре), где он и остаётся. Обогрев ведут по мягким режимам – медленный разогрев, невысокая температура разогрева.
- Электропрогрев – превращение электрической энергии в тепловую в самом бетоне. При этом способе самый высокий КПД электроэнергии и равномерное распределение тепла в бетоне. Через бетон пропускается переменный электрический ток с помощью металлических электродов, помещаемых внутри изделий. Сопротивление бетона, от которого в значительной мере зависит количество выделяемой теплоты, зависит от состава и количества жидкой фазы в бетоне, содержания в цементе щелочей*1, химических добавок и других факторов. 1* – К щелочам относятся хорошо растворимые в воде основания. При диссоциации щёлочи образуют анионы OH− и катион металла. К щелочам относятся гидроксиды металлов подгрупп Iа и IIа (начиная с кальция) периодической системы, например NaOH (едкий натр), KOH (едкое кали), Ba(OH)2 (едкий барий). Едкие щёлочи — тривиальное название гидроксидов лития LiOH, натрия NaOH, калия КОН, рубидия RbOH и цезия CsOH. Название «едкая щёлочь» обусловлено свойством разъедать кожу и слизистые оболочки, (вызывая сильные ожоги), бумагу и другие органические вещества. Электродный прогрев эффективно используется для ускорения твердения бетона монолитных конструкций в зимнее время.
Индукционный прогрев. Используется магнитная составляющая переменного электромагнитного поля. Энергия, которая образуется в арматуре или стальной опалубке передаётся за счёт теплопроводности бетону. Тепловую обработку бетона производят в индукционных камерах. Отформованное изделие в стальных формах помещают в переменное магнитное поле, создаваемое индукционной обмоткой камеры. Такой способ ТВО целесообразен для сильно армированных железобетонных изделий. Он нашёл применение при производстве сборных железобетонных труб.
III. Использование противоморозных добавок InB. Чтобы бетон не замёрз при транспортировании и во время укладки очередной порции приготовленной бетонной смеси, используются противоморозные добавки InB. В качестве таких добавок используются различные соли – ускорители твердения, например добавки в бетон InB – WinterCon и S-Crystal. Указанные добавки оказывают противоморозный эффект и являются ускорителями твердения, обеспечивают твердение бетона при температуре до -25°С, при соблюдении рекомендаций по производству бетонных работ при отрицательной температуре воздуха. В последнее время ведутся большие работы по использованию в качестве ускорителей твердения и противоморозных добавок различных органических соединений. Практическое и широкое применение сегодня находит добавка в бетон InB «WinB». Считается наиболее перспективной, т.к. бетонные смеси с этой добавкой можно использовать при температуре -20°С при небольшой дозировке добавки, не опасаясь высолов или коррозии арматуры. Помимо противоморозного эффекта, «WinB» пластифицирует бетонную смесь, повышает марки по водонепроницаемости и морозостойкости, ускоряет твердение бетона. Как работают противоморозные добавки в бетон InB? Вода сохраняется в жидком виде, и твердение бетона продолжается при отрицательной температуре. Температура бетона к моменту окончания бетонирования должна быть не менее, чем на 5 градусов выше температуры, на которую рассчитывалось твердение бетона. Необходимо, чтобы момент схватывания начался при положительной температуре, т.к. при отрицательной температуре (на момент схватывания), в период гидратации, заполняющая промежутки между зёрнами вода не успевает насытиться солями или спиртами и замерзает, увеличиваясь в объёме на 9%, развивая высокое давление. Если опалубка жёсткая, то бетон вспучивается, если нет, то бетон разуплотняется и растрескивается. В дальнейшем проектная прочность не достигается, т.к. зёрна цемента раздвинуты кристалликами льда. Если были применены противоморозные добавки InB «WinterCon», «S-Crystal» или «WinB», то появляются дополнительные положительно влияющие обстоятельства:
1. Насыщенная солями или спиртами вода замерзает при более низкой температуре;
2. Часть воды поглощается коллоидной плёнкой, а значит образуется меньше кристалликов льда;
3. Коллоидная плёнка становится мягкой и эластичной, способна сжиматься под давлением;
4. Образовавшаяся пространственная структура бетона способна противостоять давлению льдинок;
5. Повышающееся давление дополнительно снижает точку замерзания воды в бетоне.
Таким образом, процесс схватывания и твердения бетона продолжается и на морозе. При бетонировании зимой важно обеспечить твердение в тёплой и влажной среде в течение срока, необходимого для набора бетоном критической прочности, т.к. после этого будет обеспечено его дальнейшее здоровое твердение. НЕ ДОПУСКАЕТСЯ укладка бетона на промороженное основание и на поверхности, покрытые льдом и снегом. Также должен быть удалён мусор и излишки воды.