Бетон — основной строительный материал XXI века. Но помогает он человеку уже более 4000 лет: следы бетона находят при раскопках памятников Месопотамии и Римской империи; известно, что бетон использовали при строительстве древних храмов Индии и Великой Китайской стены. В России бетон впервые был применен в Москве, когда восстанавливали город после пожара 1812 года.
Современный бетон отличается от того, что использовали в древности. Если у римлян в его состав входила известь с добавлением вулканических продуктов, то теперь применяется изобретенный в 1824 году портландцемент — силикатное вяжущее вещество, которое отвечает за прочность и долговечность бетона.
Цемент, вода, песок и щебень — вот основной состав современного бетона. Их замешивают в определенных пропорциях, которые зависят от конкретной задачи, ведь характеристики материала могут быть разными. Застывание бетона проходит через три фазы: схватывание, затвердевание и набор прочности. Качество конструкции напрямую зависит от того, пройдена ли каждая из фаз целиком.
Процесс застывания зависит от нескольких факторов: марки цемента, влажности воздуха и температуры окружающей среды. Схватывается бетон недолго (обычно 1–3 часа), а вот его затвердевание может затянуться на две-три недели — особенно в холодное время года.
Оптимальные условия для затвердевания бетона — влажность 75% и температура воздуха около +20°C. При температуре ниже +10°C скорость застывания бетона падает, а при отрицательных температурах— почти останавливается.
Всё дело в замерзании и кристаллизации воды, которая входит в состав бетона, — именно поэтому зимой строители используют противоморозные присадки. О них и пойдет речь в этой статье.
Для чего нужны противоморозные добавки?
Противоморозные добавки (ПМД), которые вводятся в бетон, дают возможность вести строительство в любое время года. Для России это особенно актуально. Они повышают плотность, пластичность, а также влаго- и морозоустойчивость бетона, и при этом не дают ему растрескиваться. Кроме того, противоморозные добавки снижают риск усадки материала, противостоят коррозии арматуры.
Чтобы использовать ПМД, не нужно ждать минусовой температуры: их применяют уже тогда, когда среднесуточная температура достигает +10°C. Если не использовать ПМД, то вода в смеси не вступит в реакцию с цементом, процесс гидратации не начнется, и материал не наберет расчетной прочности. В результате могут появиться усадочные трещины или даже начнется разрушение стен. ПМД катализируют процесс схватывания смеси, снижают температуру замерзания воды (она может оставаться жидкой при температуре –10°C и ниже) и защищают от подобных проблем.
Какие существуют виды противоморозных добавок?
ПМД бывают сухими и жидкими. Сухие обычно они представлены в виде порошка:
- хлорид натрия (так называемая строительная соль),
- нитрит натрия,
- хлорид кальция,
- формиат натрия,
- различные комплексные смеси.
Жидкие добавки представляют собой растворы или концентраты. Это в первую очередь аммиачная вода, которая позволяет заливать бетон даже при экстремально пониженной температуре –100°C и защищает арматуру от коррозии. Также широко распространены различные жидкие пластификаторы: они снижают скорость застывания и делают смесь более подвижной.
Чем различные противоморозные добавки отличаются друг от друга?
Выделим пятьтипов противоморозных добавок:
Пластификаторы. К ним относятся сульфаты нафталина и меламиновой смолы, органические полиакрилаты. Эти добавки не только обеспечивают водонепроницаемость и морозостойкость растворов, но еще и делают бетонную смесь подвижнее, что упрощает работу строителям. Такая разжиженная смесь может заполнить любую форму и используется для различных типов бетонов. Пластификаторы поглощают водяные пары из воздуха, что помогает сократить количество добавляемой жидкости при производстве бетона. Они предотвращают расслаивание и появление трещин. Также пластифицирующие добавки увеличивают прочность бетона на 25%.
Добавка HotIce позволяет повысить подвижность, прочность, степень реакции смеси и другие характеристикии при этом уменьшает количество воды в смеси.
Пластифицирующим действием также обладает добавка CemBase, которая одновременно увеличивает прочность, повышает подвижность и растекаемость бетона и тоже уменьшает количество воды в смеси. Кроме того, она активирует свойства некоторых составляющих цемента, от чего он становится более плотным. Как следствие, изделия из него будут более прочными, долговечными, морозостойкими, водонепроницаемыми и защищенными от появления трещин.
Обе добавки отлично подходят для гидроизоляции бетона, заливки полов и фундамента, оштукатуривания.
Расход HotIceна 100 кг цемента — от 7 до 12 л, а CemBase — от 0,5 до 1,0 л.
2) Упрочняющие добавки— это, например, хлорид кальция, нитрат кальция, сульфаты железа и алюминия. Они ускоряют затвердевание бетонной смеси и способствуют повышению ее прочности. Их применяют в первые три дня застывания бетона — именно тогда упрочняющие добавки наиболее эффективны.
3) Коррозионностойкие добавки рекомендованы для защиты железобетонных конструкций от окисления и низких температур. Характеристики таких противоморозных добавок позволяют увеличить срок службы бетона и сделать его более устойчивым к агрессивным субстанциям.
В качестве примера приведем гидроизолирующую добавку CemAqua, в состав которой входит кремнийорганика. CemAqua можно использовать для изготовления растворов для кладки кирпича, гидроизоляции и защиты бетона, заливки пола или фундамента. Ее расход на 100 кг цемента — от 1,0 до 1,5 л.
4) Регуляторы подвижности— они нужны, чтобы продлить период использования готового раствора, если планируется долгое бетонирование или если смесь нужно перевезти на большое расстояние.
Добавка CemStone способна увеличить этот период до 5 часов. Она придает смеси пластичность, улучшает обрабатываемость, регулирует консистенцию, препятствует расслоению и водоотделению растворной смеси, а также увеличивает морозостойкость— это важно для проведения всех видов бетонных работ. Расход данного вещества на 100 кг цемента составит от 0,25 до 0,5 л.
5) Морозоустойчивые — снижают температуру кристаллизации воды и скорость схватывания и при этом никак не влияют на процесс формирования бетона.
6) Комплексные смеси. В их состав входит два и более компонентов. Такие добавки улучшают несколько свойств бетона одновременно. Например, могут обеспечивать водонепроницаемость, повышать прочность, морозостойкость и долговечность, а также предотвращать появление плесени и грибков, как комплексное средство CemAquaStop.
А добавка CemFrio обладает комбинированным противоморозным, ускоряющим, пластифицирующим действием. Она позволяет проводить бетонные работы при температурах от +10 до –20 °С, обеспечивать набор прочности без дополнительной тепловой обработки, а также увеличить конечные прочностные характеристики бетона на 10% и более. Кроме того, она увеличивает сцепление бетона с закладной арматурой и металлоизделиями и повышает показатели водонепроницаемости, морозостойкости и долговечности бетона. На 100 кг цемента потребуется от 2 до 3,5 л вещества.
В каких пропорциях добавляют ПМД в бетонную смесь и сколько их нужно?
У каждой ПМД— собственные пропорции добавления в бетонную смесь, они зависят и от ее характеристик, и от термопоказателей. Если антифриза будет много, то затвердевание будет происходить дольше, что повысит цену бетона, если мало — то бетон затвердеет слишком быстро. Обычно количество противоморозной добавки в растворе не превышает 10–15% от общего веса смеси.
Комплексные добавки вводятся в меньшей концентрации в зависимости от температуры бетона: от 0 до –10°С — 1,5% от общей массы цемента; от –25 до –10°С — 2% от цементной массы.
Упрочняющих добавок должно быть 3–5% от общей массы цемента.
Где применяют противоморозные добавки?
Без ПМД невозможно обойтись в регионах, где бывают низкие температуры. Они нужны практически для всех видов строительных работ, кладки кирпичей и клинкеров, оштукатуривания стен, укладки фасадных элементов, заливки фундаментов, стен и других монолитных конструкций, а также для выполнения ремонтных работ, где требуется восстановление бетонных конструкций.
Как заливать бетон зимой?
Заливать бетон зимой труднее и дороже, чем летом.
Перед началом работы нужно убедиться в том, что стяжка бетона в принципе возможна при данной температуре. Зимой лучше использовать мелкофракционные смеси: они быстрее взаимодействуют с водой и выделяют больше тепла — а значит, вся конструкция будет остывать медленнее.
Смеси ни в коем случае нельзя дать замерзнуть. Однако подогревать можно только песок с щебнем (до 60°C), воду (до 90°C) или добавки, но не сам цемент: в противном случае он утратит свои свойства. Цемент нужно поместить в теплое помещение. Оптимальная температура вызревания смеси составляет от +20 до +30°C.
Использование ПМД требует соблюдения ряда правил.
Присадки нельзя добавлять в сухую смесь: их нужно вводить в раствор одновременно с последней третью воды. Расход и пропорции рассчитываются в зависимости от температуры воздуха и раствора, марки цемента и условий ухода за бетоном.
Важный момент!
В одном растворе нельзя смешивать разные противоморозные добавки.
Последовательность действий должна быть такой:
1) Сначала необходимо приготовить раствор из воды и добавок в нужной концентрации.
2) Все компоненты размешиваются в бетономешалке до исчезновения осадка; обычно это занимает около 15 минут.
3) Затем нужно засыпать щебень, песок и цемент в необходимых пропорциях.
4) Полученную смесь перемешивать не менее трех минут.
5) Можно начинать бетонирование.
При этом некоторые противоморозные присадки необходимо смешивать не с водой, а с цементом. После того как раствор смешан, нужно дать время компонентам добавок равномерно распределиться по всему объему цементного раствора. Лишь после этого он будет полностью готов к использованию.
Бетону с добавлением ПМД требуется около 18 часов для полноценного застывания.
Даже бетон с противоморозными добавками не рекомендуется лить при температуре ниже –15 °C. Также нельзя лить бетонную смесь, если пришла или ожидается внезапная оттепель.
Заливать зимой бетон частями нельзя: есть риск, что влага замерзнет, а на поверхности бетона появится пленка. Продлить время остывания бетона способно только тепло, поэтому нужно стараться его сохранить как можно дольше: использовать брезент, маты, солому — любые изолирующие материалы.
Если в бетонной конструкции применяется ненапрягаемая арматура с диаметром менее 5 миллиметров, то использовать противоморозные добавки с нитритом калия не рекомендуется. В случае использования выпускных и закладных элементов без защиты будут нужны карбонат калия (поташ), смесь мочевины и нитраты калия, натрия или кальция.
Есть ли недостатки у противоморозных добавок?
Несмотря на все достоинства, бетон с противоморозными добавками наберет зимой лишь около 30% полной прочности — ее большую часть он доберет в процессе оттаивания. Поэтому зимой бетон нельзя подвергать слишком высоким нагрузкам. А при неправильном использовании присадок характеристики прочности могут дополнительно снизиться.
Некоторые виды присадок не только замедляют приобретение бетоном прочности, но и способствуют увеличению коррозии арматуры, и потому их нельзя использовать в предварительно напряженных конструкциях. Также некоторые компоненты, входящие в состав противоморозных добавок, могут быть пожароопасны и ядовиты.
Можно самостоятельно изготовить противоморозные добавки?
В качестве простейшей противоморозной добавки можно использовать обычную соль. Главный плюс такого подхода — низкая стоимость. Главный минус — большой объем соли в смеси может крайне негативно сказаться на арматуре и привести к коррозии. Придется использовать ингибиторы коррозии, например нитрит-нитрат кальция. Предельная величина солей в бетоне —2%.
Для приготовления противоморозного пластификатора нужно в раствор с водой добавить поваренную соль или хлористый калий и нитрит-нитрат кальция — 3–4% от объема. Соотношение соли/хлористого калия и нитрит-нитрата кальция должно быть один к одному. Также для увеличения пластичности смеси стоит добавить 7–10% мочевины.
Можно использовать и аммиачную воду. Концентрация аммиачной воды должна быть от 5 до 20%. Чем выше температура окружающей среды, тем меньше процент концентрации.
Есть также варианты с применением гашеной извести (она добавляется в соотношении 1:1 для внутренних помещений и 1:6 для внешних поверхностей) или жидкого мыла (200 мл на мешок цемента). Для повышения морозостойкости при приготовлении смеси можно просто использовать меньше воды, но тут есть риск ухудшить свойства бетона.
В принципе, любой самостоятельно сделанный пластификатор негативно влияет на прочность бетона. Поэтому надежнее не экспериментировать и приобрести качественные противоморозные добавки.
Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при использовании противоморозных добавок?
Поскольку большинство противоморозных добавок — это агрессивные химикаты, в работе с ними следует соблюдать следующие правила:
– работать в проветриваемом помещении;
–использовать защитную одежду, спецочки, респираторы, перчатки, резиновые сапоги;
–избегать попадания химикатов на открытые участки тела и в глаза, а в случае попадания — немедленно смыть средство / промыть глаз;
–для перемешивания смеси использовать технические средства.
Вывод
Без противоморозных добавок бетонные работы в зимнее время вести просто не получится. Они не только делают строительство зимой возможным— при соблюдении всех технологий и правил результат будет не хуже, чем весной или летом. И экономить на них не стоит: качество ПМД — залог надежности, прочности и отсутствия проблем с бетоном.
Ностальгическое видео «Суперпластификаторы – новые добавки в бетон» (СССР 1982 год)
