Бетонирование зимой: способы, особенности, необходимые мероприятия

При необходимости проведения зимнего бетонирования главной проблемой являются низкие температуры окружающей среды, которые приводят к замерзанию строительных материалов. Соответственно, технология бетонирования в зимних условиях направлена на предотвращение замерзания воды и других материалов.
Требования к зимнему бетонированию определяются СНиП 3.03.01, согласно которому зимними условиями считаются температуры ниже 5°С.

Особенности зимнего бетонирования

Существуют две важные причины, усложняющие процесс укладки бетона зимой.

• При низких температурах замедляется процесс гидратации цемента, что является причиной увеличения сроков набора твердости бетоном. Полный набор прочности бетона при применении противоморозной добавки наступает через 90 суток при расчетной температуре отведения бетона 0 °С, согласно рекомендациям по применению противоморозных добавок в бетон.

  Рост прочности бетонов с противоморозной добавкой:

 

Расчетная температура отвердения бетона по С	Прочность бетона % от проектной.   При отвердении на морозе за период времени, суток
	7	14	28	90
0	35	50	75	100
-5	25	35	60	90
-10	15	25	45	70
-15	5	15	35	50
-25	20	30	50	60

При минусовых температурах ниже -15°С до -25°С наряду с противоморозными добавками применяются ускорители твердения бетонной смеси. Этот комплекс вводимых добавок позволяет экзотермической реакции цемента, добавок и воды выделить большее количество тепла, существенно ускорить гидратацию цемента (т.е. использовать для реакции максимальное количество воды и сохранить температуру за счет выделяемого тепла при реакции), что улучшает набор первоначальной прочности бетона при отрицательных температурах.

  При температуре окружающей среды равной 20°С, в течение недели бетон набирает около 70% проектной прочности. При понижении температуры до 5°С для набора такого уровня прочности потребуется времени в 3-4 раза больше.

• Еще одним нежелательным процессом является развитие сил внутреннего давления, которые возникают из-за расширения замерзшей воды. Это явление приводит к разупрочнению бетона. Помимо этого, из замерзшей воды вокруг заполнителей образуются ледяные пленки, нарушающие связь между компонентами смеси. Поэтому категорически запрещается добавление воды в бетонную смесь на строительной площадке, особенно в холодный период времени, т. к. подвижность бетонной смеси регулируется пластифицирующими хим. добавками для сохранения водоцементного соотношения в бетонной смеси.

  При замерзании воды в порах твердеющей смеси развивается значительное давление, которое приводит к разрушению структуры неокрепшего бетона и снижению его прочностных характеристик.

  Снижение прочности тем значительнее, чем в более раннем возрасте бетона замерзла вода. Наиболее опасным является период схватывания бетонной смеси. Если смесь замерзнет сразу после укладки ее в опалубку, то ее прочность при отрицательных температурах будет обусловлена только силами замерзания. При повышении температуры процесс гидратации цемента возобновится, но прочность такого бетона будет значительно уступать аналогичной характеристике материала, который не подвергался замораживанию.

  Противостоять замораживанию без структурных разрушений может только бетон, который уже набрал определенное значение прочности. Важно соблюдать правило беспрерывной укладки бетона во избежание холодных швов.

  В современном строительстве в мировой практике наиболее распространен способ зимнего бетонирования, когда бетонная смесь предохраняется от замерзания во время ее схватывания и набора определенной величины прочности, которая называется критической.

Под критической величиной прочности бетона принимают прочность, которая равна 50% от марочной. В конструкциях ответственного назначения бетон предохраняется от замерзания до достижения 70% от проектной прочности.

  В современном строительстве применяют несколько способов бетонирования в зимний период:

• использование добавок противоморозного действия;
• укрытие бетонной смеси пленкой ПВХ и другими утеплителями;
• электрический и инфракрасный прогрев бетона;
• сооружение временного укрытия с прогревом тепловыми пушками.

  Если будет использоваться прогрев тепловыми пушками, то укрытие из пленки ПВХ укладывается не на поверхность бетона, а на временный каркас из досок, брусков и т. п. Создается нечто наподобие низкой «палатки» или «шатра» над бетонной конструкцией и под это укрытие ставятся тепловые пушки. Чем выше будет температура под шатром, тем быстрее будет идти процесс набора прочности, и соответственно, раньше можно будет прекратить прогрев. В большинстве случаев, для первичного набора прочности бетона, достаточной для проведения дальнейших работ, хватает 1-3 суток прогрева тепловыми пушками. За это время бетон может набрать до 50% марочной прочности.

Применения добавок противоморозного действия

Технологически наиболее удобным и экономически выгодным методом проведения зимнего бетонирования является применение противоморозных добавок. Этот способ гораздо дешевле бетонирования с прогревом электричеством и инфракрасными лучами.

Существует довольно много мифов относительно вредности и полезности тех или иных противоморозных добавок для бетонов. Им приписывают и коррозию арматуры, и снижение прочности, и снижение морозостойкости. Это не так. Многие из противоморозных добавок, наоборот, являются ингибитором коррозии, положительно влияют на сцепляемость арматуры с бетоном. При нормальном % введении добавок в бетон наблюдается некоторое отставание в темпах набора прочности, но по достижении 28 суточного возраста часто наблюдается больший прирост марочной прочности именно у бетонов с противоморозными добавками.

Модификаторы противоморозного действия могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с различными методами подогрева.

  Все существующие «зимние» добавки в бетон можно разделить на три основные группы.

• К первой группе относят добавки, которые либо слабо ускоряют, либо слабо замедляют процессы схватывания и твердения смеси. Представители этого класса – сильные и слабые электролиты, неэлектролиты и составы органического происхождения – карбамид и многоатомные спирты.
• Ко второй группе принадлежат модификаторы на основе хлорида кальция. Эти вещества имеют способность сильно ускорять процессы схватывания и твердения и обладают значительными антифризными свойствами.
• В третью группу входят вещества, обладающие слабыми антифризными свойствами, но являющиеся сильными ускорителями схватывания и твердения с сильным тепловыделением сразу после заливки. Сфера применения этих добавок невелика, но они представляют интерес с научной точки зрения. К таким добавкам относятся трехвалентные сульфаты на основе алюминия и железа.

Мероприятия, увеличивающие эффективность применения противоморозных добавок

Противоморозные добавки выполняют важную роль – активируют процессы твердения смеси и снижают температуру замерзания жидкой фазы. Но для получения эффективного результата, наряду с использование модификаторов, необходимо выполнять ряд сопутствующих мероприятий.

• Созданию внутренней теплоты в бетонной смеси способствует предварительный прогрев ее компонентов.
• После окончания укладки поверхность бетона необходимо утеплить матами, что позволит сохранить тепло, выделенное в результате экзотермической реакции цемента и воды, и сохранить условия, подходящие для твердения.
• Зимой наиболее эффективно использовать портландцементы и высокомарочные быстротвердеющие цементы.

  При изготовлении бетонной смеси из подогретых компонентов применяют иной порядок загрузки всех элементов, чем в традиционных летних условиях, когда все сухие составляющие одновременно загружаются в заполненный водой барабан смесителя. Зимой, чтобы избежать заваривания цемента, сначала в барабан заливают воду, затем засыпают крупный заполнитель, а потом проворачивают барабан несколько оборотов и засыпают песок и цемент.

  Продолжительность перемешивания компонентов в зимнее время должна быть увеличена примерно в полтора раза.

• Места погрузки и выгрузки бетонной смеси необходимо изолировать от воздействия ветра, а средства подачи смеси – тщательно утеплить.
• Опалубка и арматура должны быть очищены от снега и наледи, арматуру необходимо отогреть до положительной температуры.
• Обязательное условие зимнего бетонирования – быстрые темпы его проведения, для минимизации потери тепла в бетонной смеси, так как гидратация цемента в смеси наступает через сорок минут после затворения.

Метод «термоса»

  Технологически метод «термоса» осуществляется укладкой смеси положительной температуры в утепленную опалубку. Бетон набирает прочность благодаря начальному теплосодержанию и экзотермическому выделению при реакции гидратации цемента.

  Максимальное тепловыделение обеспечивают портландцементы и высокомарочные цементы. Особо эффективен метод «термоса» в сочетании с противоморозными добавками.

  Бетонирование методом «горячего термоса» заключается в кратковременном прогреве смеси до 60-80°С, уплотнении ее в горячем состоянии и выдерживании в «термосе» или с применением дополнительного подогрева.

  

  В условиях строительной площадки бетонную смеси разогревают с помощью электродов. Смесь выступает в цепи переменного электротока в роли сопротивления. Электропрогрев проводят в кузовах автосамосвалов или бадьях.

Способы искусственного нагрева и прогрева бетона

Сущность этого метода заключается в создании и дальнейшем поддержании температуры смеси при максимально допустимой величине, пока бетон не наберет требуемую прочность. Этот способ применяется в случаях, когда метода «термоса» оказывается недостаточно.

  Существует несколько вариантов достижения требуемого результата:

• Электродный
  
  Физический смысл электродного прогрева аналогичен вышеописанному методу электродного разогрева смеси. В данном случае используется теплота, которая выделяется смесью при пропускании через нее электрического тока. Для проведения электротока к бетону применяют электроды нескольких типов: пластинчатые, струнные, полосовые, стержневые. Наиболее эффективными являются пластинчатые электроды, изготавливаемые из кровельной стали. Пластины нашивают на поверхность опалубки, непосредственно соприкасающуюся с бетоном, и подключают к разноименным фазам сети. Между противолежащими электродами происходит токообмен, в результате чего осуществляется нагрев всей бетонной конструкции.

• Кондуктивный (контактный)
  
  Сущность контактного или кондуктивного нагрева заключается в использовании тепла, выделяемого в проводнике во время прохождения по нему электротока. Контактным способом теплота передается всем поверхностям бетонного элемента. От поверхностей тепло распространяется по всей конструкции. Для контактного нагрева бетона используют термоактивные гибкие покрытия или термоактивные опалубки.

• Инфракрасный
  
  Способ инфракрасного нагрева основан на способности инфракрасных лучей при их поглощении телом трансформироваться в тепловую энергию. Теплота от излучателя к нагреваемому телу осуществляется моментально без использования переносчика тепла. В качестве генераторов инфракрасных волн используют кварцевые и трубчатые металлические излучатели. Инфракрасный нагрев применяется для отогрева арматуры, промороженных бетонных поверхностей, тепловой защиты уложенной бетонной смеси.

• Индукционный
  
  При индукционном нагреве используется теплота, которая выделяется в стальной опалубке или арматурных деталях и изделиях, расположенных в электромагнитном поле катушки-индуктора. Этот метод применяется с целью отогрева ранее выполненных бетонных конструкций при любой температуре окружающей среды и в любой опалубке.

  Чтобы ускорить процесс распалубки и дальнейшего нагружения конструкции в холодный период времени целесообразно использовать класс бетона на порядок выше, для быстрого набора нормируемой прочности.

Соблюдение рекомендаций по зимнему бетонированию позволит избежать утраты прочностных характеристик бетонных и железобетонных конструкций, выполненных при пониженных температурах наружного воздуха.

Бетонные работы в зимних условиях

В связи с огромным размером современного строительства укладка бетона в сооружения осуществляется круглогодично. Для выполнения бетонных и железобетонных работ в зимнее время советские специалисты разработали способы бетонирования при отрицательных температурах, позволяющие получать бетон удовлетворительного качества.

При замерзании бетона содержащаяся в нем свободная вода обращается в лед и твердение бетона прекращается. Если до замерзания твердение не началось, то не начнется и после него, если же началось, то практически приостанавливается до тех пор, пока свободная вода в бетоне будет находиться в замерзшем состоянии. Замерзшая в бетоне вода увеличивается в объеме приблизительно на 9% и разрывает слабые связи в неокрепшем бетоне.

Вода, скапливающаяся на поверхности зерен крупного заполнителя, при замерзании образует тонкую ледяную пленку, нарушающую сцепление между заполнителем и раствором и снижающую прочность бетона. На арматуре образуется пленка льда, нарушающая сцепление арматуры с бетоном.

При оттаивании бетона находящийся в нем лед тает и твердение бетона возобновляется, но конечная прочность бетона, его плотность и сцепление с арматурой снижаются. Эти потери тем больше, чем в более раннем возрасте замерз бетон.

Наиболее опасно замерзание бетона в период схватывания цемента. Также вредно и многократное замораживание и оттаивание бетона в начале твердения, что бывает, когда оттепели сменяются заморозками. Прочность бетона или так называемая критическая прочность, при которой он может быть заморожен без снижения конечной прочности или с потерей незначительной ее части, должна указываться в проекте конструкции или проекте производства работ. Для бетонных и железобетонных конструкций с ненапряженной арматурой эта прочность составляет 50% проектной прочности при проектной марке бетона до 150 включительно, 40% — для бетонов марок 200 и 300 и 30% — для бетонов марок 400 и 500.

Значение прочности бетона к моменту его замерзания определяют по минимальной прочности образца из контрольной серии. Для конструкций с предварительно напряженной арматурой, для пролетных строений мостов и других особо ответственных железобетонных конструкций эта прочность составляет 70% проектной прочности; для конструкций, подвергающихся сразу после затвердения бетона многократному попеременному замораживанию и оттаиванию или действию расчетного давления воды, а также для всех конструкций, к которым предъявляются специальные требования по морозостойкости, газо- и водонепроницаемости, — 100% проектной прочности.

Указанные требования не распространяются на конструкции из бетонов с противоморозными добавками.

Условия и срок, к которому допускается замерзание бетона блоков массивных гидротехнических сооружений, указываются в проекте.

В тех случаях, когда конструкции, забетонированные зимой (в том числе бетон сборных элементов с обычной и предварительно напряженной арматурой, входящих в состав сборно-монолитных конструкций), подлежат полному нагружению еще до наступления весны, требуется выдержать бетон при положительной температуре до тех пор, пока не будет достигнута проектная прочность.

В зимних условиях при среднесуточной температуре наружного воздуха ниже + 5° С и минимальной суточной температуре ниже 0°С бетонные работы производят по специальным правилам.

Для получения необходимой прочности бетона проводят специальные мероприятия по подготовке составляющих бетона и приготовлению бетонной смеси. Особое внимание уделяют защите забетонированных конструкций от непосредственного воздействия отрицательной температуры и ветра.

Необходимо, чтобы бетонная смесь, укладываемая в опалубку, имела положительную температуру. Для этого при приготовлении бетонной смеси нагревают заполнители (песок, щебень) и воду.

Для защиты забетонированных конструкций от воздействия отрицательной температуры, создания искусственной тепловлажностной среды для бетона, приготовленного на подогретых материалах, и выдерживания его в таких условиях до приобретения необходимой (критической) прочности применяют различные способы.

Бетон, уложенный в массивные конструкции зимой, наиболее часто выдерживают способом термоса, основанным на использовании утепленной опалубки, тепла подогретых составляющих бетонной смеси и тепла, выделяемого при схватывании и твердении цемента. Хорошо укрытый бетон остывает настолько медленно, что к моменту замерзания успевает набрать критическую прочность.

Для расширения области применения способа термоса используют предварительный электроразогрев бетонной смеси перед укладкой в опалубку, химические добавки — ускорители, цементы с повышенным тепловыделением и быстротвердеющие цементы, а также сочетают способ термоса с различными методами обогрева бетона, например с периферийным электропрогревом или обогревом конструкций.

При применении предварительного электроразогрева бетонной смеси температуру разогрева для бетонов на портландцементах не поднимают выше 60°С, а для бетонов на шлакопортландцементах — выше 70°С. Разогрев бетонной смеси осуществляют в специально оборудованных бункерах и бадьях, обеспечивающих ее равномерный прогрев. Допускается производить разогрев смеси в оборудованных для этой цели кузовах автомобилей.

Часто при зимнем бетонировании фундаментов, расположенных в отдельных котлованах, способ термоса сочетают с использованием теплоотдачи талого грунта. В этом случае котлованы хорошо утепляют сверху, благодаря чему в них устанавливается небольшая положительная температура.

Бетон в тонких конструкциях остывает быстро, поэтому их приходится обогревать паром, электрическим током или теплым воздухом. Иногда в целях экономии пара и электроэнергии сочетают способ термоса с обогревом.

Легкие бетоны на пористых заполнителях в зимних условиях выдерживают по способу термоса с предварительным электроразогревом бетонной смеси.

Кроме изложенных способов зимнего бетонирования, основанных на твердении бетона при положительной температуре, существует способ твердения бетона при отрицательной температуре. При этом бетонную смесь приготовляют с введением противоморозных добавок. Противоморозные добавки настолько понижают температуру замерзания воды, что обеспечивают твердение бетона при отрицательных температурах.

Тот или иной способ производства бетонных и железобетонных работ в зимних условиях принимают на основе сравнительных технико-экономических расчетов. Распалубливание и загружение конструкций производят лишь после получения результатов испытания контрольных образцов, подтверждающих достижение бетоном требуемой прочности.

1. Бетоноведение
2. Технология изготовления сборных железобетонных конструкций и деталей
3. Бетонные работы в зимних условиях
   • Приготовление бетонной смеси
   • Транспортирование бетонной смеси
   • Подготовка основания и укладка бетонной смеси
   • Выдерживание бетона методом термоса
   • Электропрогрев бетона
   • Паропрогрев и воздухообогрев бетона
   • Применение бетона с противоморозными добавками
   • Особенности бетонных работ в условиях Крайнего Севера
   • Контроль качества бетонных работ
   • Техника безопасности
4. Производство сборных конструкций и деталей из легких бетонов
5. Производство сборных изделий из плотных силикатных бетонов и бетонов на бесклинкерном вяжущем
6. Производство бетонных и железобетонных изделий на полигонах
7. Общие правила техники безопасности и противопожарные мероприятия на строительной площадке

проблем с бетоном в холодную погоду – что нового!

Холодная погода хороша для многих вещей, таких как охота, катание на лыжах и лепка снеговиков с детьми. Но сейчас паршивое время для работы с бетоном – строительство бетона в холодную погоду ставит совершенно новые задачи как перед производителем бетона, так и перед подрядчиком.

Чтобы решить эти проблемы, мы должны сначала изучить основную причину проблем с бетонированием в холодную погоду. При этом мы обнаруживаем, что проблемы вызываются не столько физическими/химическими явлениями внутри самого бетона, сколько повторяющимися психологическими проблемами, которые люди испытывают в отношении строительства в холодную погоду – амнезия и отрицание.

Сколько я себя помню, у нас каждый год бывают холода — это никого не удивляет. Но почему тогда каждую зиму, когда температура падает, мне звонит кто-то, кто хочет знать, что не так с их бетоном? Он схватывался слишком медленно, или он не набрал достаточной начальной прочности, или поверхность таинственным образом выскакивает. Когда они говорят: «Такого никогда не случалось за те 20 с лишним лет, что я работаю с бетоном», вы понимаете, что имеете дело с кем-то, кто страдает острой амнезией или полностью отрицает это. Тот факт, что это действительно случалось раньше и, вероятно, произойдет снова, если мы не примем другой подход — проблемы бетонирования в холодную погоду — это проблемы людей, а не конкретные проблемы.

Чтобы преодолеть эти психологические недуги, мы должны сначала принять эти простые истины:

1. Схватывание и увеличение прочности портландцемента является результатом химической реакции, известной как гидратация.
2. Тепло является катализатором реакции гидратации. Чем больше тепла, тем быстрее реакция; чем меньше тепла, тем медленнее реакция.
3. Бетон — хладнокровное животное: температура его тела повышается и понижается в прямой гармонии с окружающей средой. Примерно при 55 градусах его деятельность становится вялой, а ниже примерно 40 градусов бетон просто засыпает и впадает в спячку, ожидая возвращения весны. В крайних случаях наш бетонный зверь может замерзнуть насмерть.

Существует много потенциальных проблем с бетоном, вызванных холодной погодой, но давайте рассмотрим классический пример — неспособность противостоять циклам замерзания и оттаивания в раннем возрасте. Слишком часто мне приходится утешать очень недовольного владельца и довольно озадаченного подрядчика, которые пытаются выяснить, какой болезнью заразился их бетон. Верхняя поверхность таинственным образом выскакивает на маленькие кусочки размером с четвертак. Это ветряная оспа или проказа? Ни то ни другое — это обморожение! Бетон подвергался замораживанию или циклам замораживания-оттаивания в молодом и чувствительном возрасте.

Чтобы понять, как это произошло, рассмотрим требования к бетону, который будет подвергаться циклам замораживания и оттаивания. Согласно ACI 306, Бетонирование в холодную погоду, бетон должен достичь прочности на сжатие не менее 500 фунтов на квадратный дюйм, прежде чем он будет подвергнут первому замораживанию. Это новое требование? Нет, мы говорим об этом уже много лет. ACI 306 также утверждает, что бетон должен достичь прочности на сжатие 3500 фунтов на квадратный дюйм, прежде чем подвергаться циклам замораживания и оттаивания. Еще одна новая концепция? Опять нет! Тогда почему кажется, что после наступления холодов все продолжают указывать и заказывать ту же стандартную расчетную смесь прочности 3000 фунтов на квадратный дюйм, которую они использовали всю весну и лето? Они должны знать, что бетон с проектной прочностью 3000 фунтов на квадратный дюйм — это именно то, что предназначено для достижения 3000 фунтов на квадратный дюйм (плюс некоторое превышение расчетного) за 28 дней при отверждении при 73 градусах. Они действительно намерены поддерживать температуру бетона в течение месяца при температуре 73 градуса? Возможно нет! Тогда как они ожидают, что бетон наберет прочность до 3500 фунтов на квадратный дюйм, прежде чем бетон будет подвергаться циклам замораживания-оттаивания? Не должно быть большим сюрпризом, когда бетон масштабируется.

Дело не в том, что бетон с расчетной прочностью 3000 фунтов на квадратный дюйм является плохой смесью, и не в том, что бетон виноват в том, что на поверхности образовалась чешуя, но в данных условиях это была неподходящая смесь. Если бетону требуется прочность на сжатие 3500 фунтов на квадратный дюйм до воздействия циклов замораживания и оттаивания, укажите и закажите смесь, которая достигнет этой прочности в течение времени, в течение которого бетон будет защищен в полевых условиях.

Есть ли надежда?

Конечно! Существует несколько способов работы с бетонным строительством в холодную погоду как с точки зрения производства, так и с точки зрения строительства. Это не новые и не революционные идеи — они известны уже несколько десятилетий. Далее следует очень краткий обзор в помощь тем, кто страдает временной амнезией.

• Нагрев бетона: При использовании нагретой воды для смешивания и, в некоторых случаях, нагретых заполнителей, бетон можно производить при температуре, достаточной для запуска реакции гидратации, чтобы бетон мог схватиться и набрать достаточную прочность, чтобы пройти через критические первые несколько часов.
• Увеличить содержание цемента: Теплота гидратации в бетоне обусловлена ​​экзотермическим (теплообразующим) характером реакции гидратации. Количество выделяемого тепла зависит от количества цемента. Чем больше цемента, тем больше тепла. Таким образом, для работы в более холодных условиях можно использовать бетон более высокой марки (больше цемента).
• Используйте цемент с высокой ранней прочностью (Тип III): Цементы Типа III имеют более высокую скорость гидратации и, следовательно, более высокую скорость и количество выделяемого тепла, а также повышенную скорость набора прочности.
• Используйте ускорители: Ускорители увеличивают скорость гидратации, что означает выделение большего количества тепла на ранних стадиях и ускорение схватывания бетона. Но помните, что ускорители не защищают от замерзания или повреждений от мороза.
• Сохранение температуры тела бетона: За счет изоляции опалубки или покрытия бетона адекватной изоляцией тепло может сохраняться в бетоне и поддерживать реакцию гидратации, чтобы бетон мог достичь достаточной прочности.
• Предоставить инкубатор: Температура бетона связана с температурой окружающей среды. Таким образом, мы можем создать искусственную среду для бетона — пока бетон хороший и теплый, ему все равно, если температура снаружи на 10 ниже.

Это некоторые из наиболее очевидных мер предосторожности, которые можно предпринять, чтобы компенсировать воздействие холода на бетон. В настоящее время разрабатываются бетонные смеси и добавки, которые обеспечат новое оружие для борьбы с проблемами бетона в холодную погоду, но ключевым моментом является то, что бетонирование в холодную погоду должно выполняться КОМАНДОЙ. В холодную погоду бетон нельзя просто положить, обработать и забыть — он нуждается в постоянном тепле и заботе в младенчестве.

Имейте в виду, что некоторые методы борьбы с холодом могут иметь побочные эффекты. Например, при обогреве закрытого помещения обязательно используйте обогреватели с вентиляцией наружу. При сжигании ископаемого топлива образуется углекислый газ, который может смешиваться с влагой в воздухе и на поверхности бетона с образованием угольной кислоты. Углекислота реагирует с гидроксидом кальция в свежем бетоне, что приводит к образованию мягкой пыльной поверхности, когда бетон затвердевает. Вентилируемые обогреватели предотвратят эту проблему.

Хлорид кальция является отличным ускорителем, но может привести к потемнению поверхности плоских изделий. Это чаще встречается на затертых или затертых поверхностях и обычно проявляется в случайном порядке, почти как окраска пинто пони, отсюда и термин «бетон пинто». В тяжелых случаях обесцвечивание может охватывать всю поверхность плиты.

Итак, если вы спросите: «Что нового в бетонировании в холодную погоду?» ответ прост — НИЧЕГО! Холода приходят, холода уходят, и в конце концов снова приходят холода. Мы будем сталкиваться с одними и теми же проблемами снова и снова, пока не преодолеем амнезию и отрицание, которые слишком многие люди испытывают в отношении бетонирования в холодную погоду. В следующий раз, когда вы столкнетесь с проблемой бетона в холодную погоду, не вините бетон! Люди решают, какую смесь использовать и какой уровень защиты (или ее отсутствие) обеспечить для бетона. Бетон не может управлять своей судьбой — только люди.

Предоставлено Робертом Нилом, инженером технической службы Lehigh Cement Company в Ричмонде, штат Вирджиния.

Темы

Concrete

Промотания

Маркетинг

Прочность

Безопасность

Комитеты

Лидерство

NRMCA

Программа лидерства.

Поиск

Как защитить бетон во время заливки в холодную погоду

Бетонирование в холодную погоду требует от подрядчиков поддержания минимальной температуры бетона для обеспечения надлежащего набора прочности и отверждения.

4 декабря 2013 г.

Kim Basham, PhD PE FACI

KB Engineering LLC

Водяные нагреватели обеспечивают равномерное распределение тепла по бетону. Здесь полиэтиленовый лист покрывает плиту на уровне грунта. Трубы водяного отопления были размещены поверх поли, и вся система покрыта изолирующими покрытиями.

Бетонирование в холодную погоду преследует три основные цели: 1) защитить только что уложенный бетон от раннего промерзания, 2) защитить бетон для обеспечения достаточного набора прочности и 3) защитить бетон от теплового удара и растрескивания в конце период защиты.

Согласно Руководству по бетонированию в холодную погоду ACI 306, холодная погода существует, когда температура воздуха упала или ожидается, что она упадет ниже 40°F в течение периода защиты. Период защиты – это время, необходимое для предотвращения воздействия на бетон холодных погодных условий. (Подробнее об этом определении см. врезку.)

Защита от раннего замерзания

Замерзание только что уложенного бетона может привести к немедленному и необратимому повреждению; последующее отверждение не восстановит свойства бетона. Повреждения возникают из-за того, что при замерзании вода увеличивается в объеме на 9 процентов. Образование кристаллов льда и, как следствие, расширение пасты может снизить прочность на сжатие и увеличить пористость затвердевшего бетона. Снижение прочности до 50 процентов может произойти, если замерзание происходит в первые несколько часов после укладки бетона или до того, как бетон достигнет прочности на сжатие примерно 500 фунтов на квадратный дюйм.

Этот тротуар был уложен в начале зимы в Вайоминге и замерз, пока был свежим, образуя ледяные слепки, отмеченные темными расходящимися линиями. Тротуар сильно изъеден и изношен в первый год эксплуатации. Шкала указана в миллиметрах.

Вновь уложенный бетон должен быть защищен от раннего замерзания до тех пор, пока количество воды для затворения или степень насыщения не будут достаточно уменьшены в процессе гидратации, термин, используемый для описания химической реакции между портландцементом или вяжущими материалами и вода. Во время гидратации степень насыщения постоянно снижается по мере того, как вода затворения соединяется с вяжущими материалами, а бетон застывает и затвердевает. Из-за процесса гидратации количество воды, доступной для замеса для образования кристаллов льда, постоянно уменьшается, поэтому снижается риск необратимого повреждения бетона в случае замерзания.

При отсутствии внешних источников воды критическая степень насыщения, при которой один цикл замораживания не приводит к необратимому повреждению бетона, возникает, когда бетон достигает прочности примерно 500 фунтов на квадратный дюйм. При заданных температурах твердения хорошо порционные бетонные смеси должны достигать этой прочности в течение 24-48 часов. Поэтому очень важно, чтобы только что уложенный бетон был защищен от замерзания в течение первых 24–48 часов или до тех пор, пока бетон не достигнет прочности примерно 500 фунтов на квадратный дюйм.

Когда бетон достигает прочности не менее 500 фунтов на квадратный дюйм, он может выдержать один цикл замораживания и оттаивания без повреждений, если бетон содержит воздух и не подвергается воздействию внешнего источника воды. Для воздействия повторяющихся циклов замораживания и оттаивания новый бетон должен достигать прочности не менее 3500 фунтов на квадратный дюйм или 4000 фунтов на квадратный дюйм, если он будет подвергаться повторяющимся циклам замораживания и оттаивания и химикатов против обледенения. Во избежание преждевременного повреждения от холода защищайте бетон как можно скорее после укладки, уплотнения и отделки.

Периоды температуры и защиты

Для защиты от раннего промерзания поддерживать соответствующую температуру бетона, указанную в строке 1 таблицы 1, в течение периодов времени, указанных в строке 1 таблицы 2. Бетон с ускоренным схватыванием можно получить, включив ускоряющие химические добавки, уменьшающие водоцементное отношение (в/см), увеличивающие содержание цемента, уменьшающие количество дополнительных вяжущих материалов или заменяющие цементы общего назначения цементом III типа (с высокой ранней прочностью). Минимальные температуры бетона в строке 1 таблицы 1 являются функцией минимального размера сечения, поскольку чем массивнее сечение, тем медленнее оно теряет тепло.

В соответствии со строкой 1 в таблицах 1 и 2 минимальная температура бетона при укладке и поддержании составляет 55 °F для бетонной секции с минимальным размером 12 дюймов, а минимальные периоды защиты составляют два и один день для нормально отвержденных и быстросхватывающихся бетонных смесей соответственно. В строке 1 в таблицах 1 и 2 указаны минимальные температуры бетона и продолжительность, чтобы гарантировать, что вода для смешивания во вновь уложенном бетоне не замерзнет.

В строках 2, 3 и 4 таблицы 1 указаны минимальные температуры бетона в смеси для указанных температур воздуха. По мере снижения температуры воздуха рекомендуемая температура бетонной смеси увеличивается, чтобы компенсировать потери тепла между замешиванием и укладкой бетона. Рекомендации по температуре смеси помогают обеспечить достижение минимальной температуры бетона при укладке и поддержании (строка 1, таблица 1).

Защита для обеспечения достаточного набора прочности

Скорость затвердевания и набора прочности бетона зависит от температуры бетона. Низкие температуры бетона уменьшают скорость гидратации и, следовательно, замедляют скорость набора прочности. Для обеспечения того, чтобы вновь уложенный бетон приобрел необходимую прочность для безопасного снятия опалубки, опор и опор, а также безопасной нагрузки конструкции во время и после строительства, необходимо поддерживать адекватную температуру бетона в течение периода защиты или отверждения.

При наличии требований к прочности в раннем возрасте используйте Таблицу 2, чтобы определить минимальные периоды защиты для следующих условий эксплуатации: 1) без нагрузки, без воздействия; 2) без нагрузки, на открытом воздухе; 3) частичная нагрузка, открытая; и 4) полная загрузка. В зависимости от требований к нагрузке и условий воздействия может потребоваться продление периода защиты сверх минимумов, перечисленных в строке 1 таблицы 2.

«Без нагрузки, без воздействия» означает, что бетонный элемент не будет нести значительных нагрузок в течение периода защиты. и не будет подвергаться воздействию условий замерзания в процессе эксплуатации. «Без нагрузки, открытый» означает, что бетонный элемент не будет нести значительных нагрузок в течение периода защиты и будет подвергаться воздействию условий замерзания в процессе эксплуатации. «Частичная нагрузка, открытая» означает, что бетонный элемент будет выдерживать нагрузки, которые меньше доступной несущей способности в начале срока службы в течение периода защиты, и будет подвергаться воздействию условий замерзания в процессе эксплуатации. Элементы, требующие перекрепления для восприятия строительных нагрузок до достижения заданной прочности, имеют условия эксплуатации «Полная нагрузка» и обычно требуют, чтобы подрядчик определял прочность бетона на месте.

Например, условием эксплуатации бетонного покрытия автостоянки толщиной 6 дюймов на коммерческой строительной площадке, которое будет подвергаться воздействию зимних условий и будет отлито из бетона с ускоренным схватыванием, будет «Частичная нагрузка, открытая» и требуется минимум срок защиты 4 дня. Согласно Строке 1 Таблицы 1, минимальная температура бетона 55°F должна поддерживаться в течение четырехдневного периода защиты.

«Без нагрузки, открытый» означает, что бетонный элемент не будет нести значительных нагрузок в течение периода защиты и будет подвергаться воздействию условий замерзания в процессе эксплуатации.

Методы защиты

Методы поддержания минимальной температуры, как показано в строке 1 таблицы 1, включают изоляцию (одеяла и доски), системы обогрева, такие как электрические одеяла и системы водяного отопления, неотапливаемые или отапливаемые помещения или комбинация методов.

Изоляция является наиболее экономичным средством поддержания адекватной температуры отверждения, поскольку в этом методе используется тепло гидратации или тепло, выделяющееся в результате химической реакции между цементом и водой. В зависимости от массы бетона, содержания цемента и условий окружающей среды (например, температуры воздуха и ветра) изоляция обычно может поддерживать адекватную температуру отверждения за счет улавливания тепла гидратации.

Как можно скорее накройте бетон одеялами, чтобы уловить как можно больше тепла гидратации. Улавливание раннего тепла гидратации поможет поддерживать температуру отверждения, но также будет способствовать гидратации, которая, в свою очередь, производит дополнительное тепло. Обязательно защитите углы и поверхности, так как эти области наиболее подвержены замерзанию и повреждениям в раннем возрасте.

В экстремальных зимних условиях иногда теплоты гидратации недостаточно для поддержания адекватной температуры отверждения, и требуется дополнительное тепло. Дополнительное тепло может подаваться с помощью электрических бетонных одеял, водяных обогревателей и отапливаемых помещений. Конечно, использование дополнительного тепла увеличивает стоимость бетонирования в холодную погоду.

При использовании пламенных нагревателей для обогрева помещений обеспечьте надлежащую вытяжную вентиляцию, чтобы предотвратить обугливание бетона и проблемы с безопасностью угарного газа для рабочих.

Водяные нагреватели обеспечивают циркуляцию нагретой гликолево-водной жидкости через систему теплопередающих шлангов, размещенных на бетоне или опалубке. Как правило, шланги покрыты бетонными изоляционными покрытиями для улавливания и удержания тепла.

Топливные нагреватели для нагревательных кожухов должны иметь вентиляцию и не должны располагаться для прямого нагрева или высушивания бетона. Свежие бетонные поверхности, подвергшиеся воздействию углекислого газа от невентилируемых нагревателей, могут быть повреждены из-за карбонизации бетона. Карбонизация происходит, когда углекислый газ вступает в реакцию с продуктами гидратации цемента, создавая мягкую и известковую поверхность. Невентилируемые нагреватели также выделяют угарный газ. Конечно, высокие концентрации этих газов опасны для рабочих.

Защита от теплового удара и растрескивания

Защитите бетонные поверхности и углы от холода, накрыв все поверхности. 24-часовой период. В противном случае поверхность бетона может остывать слишком быстро, создавая температурные градиенты между поверхностью и внутренними частями бетона, и результирующие термические напряжения могут вызвать растрескивание поверхности. Подумайте о том, чтобы оставить изоляцию на месте и постепенно уменьшать количество источников тепла, пока температура бетона не остынет до средней температуры воздуха. Строка 5 в таблице 1 показывает максимально допустимое падение температуры поверхности в первые 24 часа после окончания защиты во избежание термического растрескивания поверхности.

Предварительное планирование является ключом к успешному бетонированию в холодную погоду. При разработке следующего плана бетонирования в холодную погоду рассмотрите три основные задачи: защитить бетон от раннего промерзания, защитить, чтобы обеспечить достаточный прирост прочности, и защитить от теплового удара и растрескивания.

Ссылки

ACI 301-10 Спецификации для структурного бетона, Американский институт бетона, www.concrete.org

ACI 306R-10 Руководство по бетонированию в холодную погоду, Американский институт бетона, www.concrete.org

Косматка С.Х. и Уилсон, М.Л., Проектирование и контроль бетонных смесей , 15 ^th Edition, 2011, Portland Cement Association, www. cement.org

Что такое «холодная погода»? Бетонирование в холодную погоду и Стандартная спецификация ACI 306.1-90 для бетонирования в холодную погоду определяют «холодную погоду» по-разному. Спецификация написана на обязательном языке, а Руководство — нет.

Документы ACI постоянно развиваются, чтобы оставаться в курсе последних тенденций в бетонном строительстве. Иногда обновления одного документа другим могут конфликтовать из-за задержки внесения комитетами изменений и обновления всех других затрагиваемых документов. По словам Кевина Макдональда, заместителя председателя комитета 306 ACI, именно так обстоит дело с определением «холодная погода». Это ставит подрядчика в затруднительное положение, но Макдональд говорит, что отрасль движется к более четкому определению, используемому в Руководстве ACI 306R-10 по бетонированию в холодную погоду. «Подрядчики должны искать определение, используемое в их спецификации. Если есть ссылка на старое определение, подрядчики должны попытаться изменить его на определение, используемое в ACI 306R-10», — предлагает он.

Подсказки для холодной погоды бетон.

Программное обеспечение. 100203

Факторы и соображения, которые должны учитывать подрядчики по бетонированию при укладке бетона в холодную погоду

6 научно доказанных приемов, позволяющих сохранять прохладу при работе в жару

Эти научно обоснованные советы помогут вам сохранить прохладу в любую жару

Планетарная шлифовальная машина Helix для бетона

Разработанная для небольших работ и труднодоступных мест, планетарная шлифовальная машина Helix создает идеальный профиль для новых покрытий.

Строитель дорог в Северной Дакоте укладывает 75 000 кубических футов бетона в день

Участок шоссе длиной 4,5 мили столкнулся с тремя проблемами, требующими ремонта, расширения и подъема. Подрядчику нужна была машина, чтобы быстро справиться со всеми тремя задачами.

Повышение планки для малого бетононасоса Производительность: Mayco LS300GK

Проблема армирования подрядчика сварной проволокой (WWR)

Должна быть альтернатива демонтажу и замене WWR.