Мне пришлось задаться этим вопросом несколько лет назад, при постройке своего собственного дома с бетонным монолитным перекрытием. Наступил ноябрь месяц, опалубка для перекрытия была выставлена, арматура завязана. Но почти внезапно довольно тёплая Алматинская погода внесла свои коррективы, опустив температуру ночью до -12, а днём в среднем -3. Заказанный на завтра бетон пришлось отменять, а директор бетонного завода меня заверил, что может "замешать" антиморозную добавку и дать гарантию, что залитый бетон наберёт достаточную прочность и в таких условиях.
Я то конечно знаю о добавках, способах обогрева бетона и так далее, но когда строишь дом себе, как-то начинаешь сомневаться.
Чем опасна холодная температура для бетона?
Созревание бетона является сложным химическим процессом, который называется реакцией гидратации. Гидратация свежезалитого бетона делится на две части: загустевание или схватывание бетона, и непосредственно само твердение и набор прочности. Схватывание бетона происходит в первые часы после заливки, а твердение и набор прочности происходит в течении 28 дней после схватывания. После того, как прошло 28 дней (но этот срок тоже не статичен и сильно зависит от температуры окружающей среды), бетон набирает около 50% своей максимальной прочности.
Уже через 28 дней после заливки, бетон продолжает набирать свою прочность примерно на 1% в год. Именно поэтому можно сказать, что бетон набирает 100% своей прочности только через, примерно 50 лет.
Но сегодня мы говорим о заливке бетона при минусовых температурах.
Должному схватыванию бетона при низких температурах мешает процесс замерзания воды введённой в бетонную смесь, а именно кристаллизация воды в бетоне. Этот процесс не даёт смеси набрать необходимую прочность, делает бетон пористым.
Также необходимо помнить, что залитый бетон, температура которого опустилась ниже +5С, перестаёт набирать прочность по причине остановки реакции гидратации.
Что мешает бетону набрать прочность при низких температурах?
- На много дольше необходимо на процесс гидратации – в случае, когда температура падает ниже +5.
- При температуре ниже 0С в растворе бетона образуется ледяная кристаллическая решетка. При замерзании кристаллы льда расширяются и в неокрепшем еще растворе появляются зоны локального напряжения, из-за чего разрушается сама структура бетона и разрываются связи частиц цемента.
- Если бетон уже промерз, то вокруг стальных деталей появляется тонкая ледяная корка, которая оттесняет цементную массу от арматуры и и-за этого нарушающая целостность и падает в разы прочность железобетонной конструкции.
- В процессе перехода свободной водной массы в состояние льда, уменьшается сам объем воды и впоследствии, при оттаивании воды становится недостаточно для продолжения реакции гидратации.
Для предотвращения замерзания воды в бетоне существует несколько способов:
- Обогрев бетона в течении всего срока созревания (28 дней).
- Применение добавок в виде солей, препятствующих кристаллизации воды в растворе.
Подогревание бетонной смеси трудозатратно и является достаточно дорогим процессом. Обогрев бывает внутренним и внешним.
- Внутренний обогрев осуществляется при помощи введения в саму бетонную конструкцию греющих кабелей. При этом после прогрева залитой конструкции, далеко не дешёвые кабели останутся в конструкции навсегда.
- Внешний прогрев бетона подразумевает под собой сооружение временных конструкций, в виде отапливаемых палаток, неких помещений с работающим отоплением в виде тепловых или паровых пушек и так далее. Но всё это может обойтись в кругленькую сумму.
Применение противоморозных добавок в бетонной смеси значительно дешевле, нежели его прогрев. Большинство добавок основано на следующих веществах:
- Карбонат калия (он же Поташ) – активизирует процесс застывания бетона, также значительно понижает температуру замерзания. Как правило вводится в состав бетона так называемой бурой или тетраборатом натрия, который в чистом виде значительно уменьшает показатель прочности. Бетонная смесь с поташем схватывается быстрее, но работать с ней трудно, по этой причине как правило также добавляют в бетон суперпластификатор.
- Тетраборат натрия – вещество используется как самостоятельно, так и совместно с поташем (карбонатом калия). Вещество сохраняет внутреннюю структуру бетона после оттаивания и при этом понижает водопроницаемость залитого бетона, также повышает прочность конструкции и не дает образовываться трещинам.
- Формиат натрия/формиат кальция – вещество существенно ускоряет затвердевание бетона. Работает по аналогии с бетонным пластификатором. Применяют его как правило с лигносульфонатом нафталина. В состав бетонной смеси вводят в концентрации не превышающей 6% от общей массы бетонной смеси.
- Нитрит натрия (самый дешёвый и популярный) – вещество понижает температуру замерзания воды в бетонной смеси, что позволяет использовать раствор при температуре от нуля аж до -25 градусов.
Какие добавки и как маркируют:
- НК – нитрит кальция;
- М – мочевина;
- ХК – хлорид кальция (запрещено применять в армированном бетоне);
- МНК – мочевина, нитрат кальция;
- П – карбонат калия (поташ).
Какие ещё полезные свойства обеспечивают бетонные добавки:
- Улучшение подвижности бетонной смеси, улучшение ее распределения (текучести), возможное понижение объема цемента в смеси, повышение влагостойкости конструкции. Этим действием обладают пластификаторы, создаваемые на основе органических полиакрилатов, сульфатов меламиновой смолы или нафталина.
- Внушительное повышение класса прочности – добавки для повышения прочности разработаны на основе сульфатов железа, алюминия, хлорида и/или нитрита кальция.
- Добавки защищают стальную арматуру от коррозии, продлевают срок эксплуатации конструкции в целом – это коррозионностойкие добавки.
- Регуляторы подвижности бетонной смеси значительно продлевают время возможной работы с раствором, добавки не дают смеси быстро схватываться.
- Добавки комплексного действия – работают сразу во всех направлениях.
На практике, заливка бетонной смеси при температуре ниже -15 градусов противопоказана, так как при более низкой температуре понадобится большее количество добавки, что может снизить класс прочности бетона после полного отвердевания.
Также застывание бетона при низких температурах окружающей среды будет происходить неравномерно. Это значит, что вы можете получить бетон соответствующий классу прочности в центре конструкции, а по краям конструкции бетон весной просто развалится.
Как работать с противоморозной добавкой для бетона:
- Прочитать инструкцию!
Если нет инструкции, или вам лень её читать, то ниженаписанное для вас:
- Налейте в бетономешалку необходимый объем воды, желательно горячей. Добавьте в нее незамерзающую добавку в объеме, указанном в инструкции.
- Позвольте добавке и воде перемешаться.
- Не прекращая смешивание, загрузите в емкость половину необходимого объема песка, потом весь объем цемента, и далее добавьте оставшуюся часть песка.
- Загрузите в бетономешалку весь необходимый объем крупного наполнителя (щебень, галька), дайте полностью перемешаться до достижения однородности бетонной смеси.
- Выработать раствор как можно быстрее, или в течение указанного в инструкции времени (срок может быть разным из-за свойств добавки).
Несколько советов при заливке бетона при минусовой температуре:
- Смотрите прогноз погоды на 7 дней вперёд, это поможет не допустить раковых ошибок, ведь заливать бетон, хоть даже и с добавками, при температуре ниже -15С очень опасно.
- Даже при введённых в бетон добавках необходимо защитить уже залитую конструкцию тепловыми матами, создав некое подобие термоса для удерживания выделяемого при твердении бетона тепла. Матами может служить любой материал, листы пенопласта, полиэтиленовая плёнка и так далее. В идеале можно воспользоваться заводскими матами, но это не дешёвое удовольствие.
- В любом случае, даже при заливке бетона с введёнными в его состав добавками, необходимо укрыть внешние края конструкции, во избежание их переохлаждения. Углы зданий, края монолитного перекрытия и так далее.
- При непосредственном замешивании бетонной смеси, вместе с добавлением противоморозных добавок, необходимо добавлять горячую воду. Таким образом вы снизите вероятность промерзания залитого бетона и уменьши скорость остывания смеси. Так у бетонной смеси будет больше времени на схватывание, что неизбежно повысит прочность.
- При замешивании бетонной смеси необходимо добавлять только полностью размороженные компоненты. Это значит, что никакого льда при замешивании быть не должно! Если это обеспечить невозможно, то перенесите заливку бетона на более тёплую погоду.
- Для повышения класса прочности бетона после полного отвердевания, при замешивании бетонной смеси добавляйте на 20% цемента больше обычного, так как при твердении бетона на морозе, в любом случае будет потеря его прочности на выходе. Этим самым вы обезопасите себя от сюрпризов связанных с понижением класса прочности после полного отвердевания.
- Приготовьтесь к зимней заливке хорошо! Горячая вода для замешивания, достаточное количество противоморозной добавки, достаточное количество тёплых матов или их импровизаций.
- Если есть возможность залить бетонную конструкцию при более тёплой погоде, то воспользуйтесь эти шансом!
В любом случае, зимняя заливка бетона будет дороже, чем тот же процесс при нормальных температурах (выше чем +5С среднесуточно), но это может позволить вам не останавливать работы даже зимой.