Прогрев бетона необходим для предотвращения кристаллизации воды. Причин целый ряд, некоторые из них:
- Цементное вяжущее в реакцию со льдом не вступит и цементный камень не образуется, и результат необратим - после оттаивания вместо бетонной конструкции получится непрочный конгломерат из заполнителей и непрореагировавшего цемента.
- В случае, когда бетонная смесь будет остывать медленнее и гидратация начнется, но вода кристаллизуется до образования структуры бетона достаточной прочности: эта структура будет разрушена водой, которая при замерзании увеличивается в объеме на 9%. После оттаивания возможно дальнейшее схватывание и частичный набор марочной прочности, в ряде случаев недостаточный.
- При температуре бетонной смеси около ноля схватывание практически прекращается. При повышении температуры реакция начинается заново, но в массе бетона будут пустоты, набор прочности будет проходить медленно и, наиболее вероятно, не достигнет необходимых по проекту показателей.
- При колебаниях суточных температур в первые трое суток после заливки, даже при бетонировании в теплую погоду – набор прочности будет замедлен и к 28-суточному возрасту прочность конструкции все еще недостаточна, чтобы ее нагружать (начинать кладку стен, работы на перекрытии т.п.).
Бетонируемой конструкции для набора прочности необходимы условия: температура +20-25⁰С и влажность в течении 28 суток. Особенно важно создать эти условия в первые трое суток твердения бетона. После семи суток твердения в нормальных условиях фатальным для бетона может стать только полное промораживание. Снижение температуры даже до ноля градусов, особенно кратковременное, приведет лишь к снижению итоговой прочности. В расчете на возможность такого форс-мажора зимой принимают марку бетона на две-три позиции выше. Но получить надежную бетонную конструкцию проектной прочности возможно только одним способом – создать оптимальные условия для твердения в течении 28 суток, и зимой в районах с холодным климатом без применения искусственного прогрева бетона такой возможности нет.
Основные методы прогрева, применяемые в индивидуальном строительстве:
- Термос – применение утепленных и/или греющих опалубок, теплоизоляция поверхностей бетона
- Термос с антиморозными добавками и/или модификаторами-ускорителями твердения
- Замес бетона на горячей воде и прогретых мелком и крупном заполнителях
- Обогрев воздуха вокруг забетонированной конструкции тепловыми пушками, калориферами и т.д. с устройством ветрозащиты – палатки, шатра, строительного полога
- Обогрев инфракрасный. Освещается и нагревается не окружающий воздух, а бетонные поверхности, труднодоступные стыки и закладные металлические детали, иногда армокаркас - как при солнечном обогреве
- Электропрогрев электродный – нагревом арматурного каркаса конструкции, нагревом электродов различных форм и типов, установленных в бетон и на его поверхностях. Пропуская электрический ток через электроды или армокаркас, добиваются прогрева бетона по всему объему
- Электропрогрев нагревательными проводами – так же, как и электродный, требует расчета для определения необходимого метража провода и оптимальной схемы его укладки в тело бетонной конструкции
- Электропрогрев индукционный – используется выделение тепла внутри электромагнитного контура. Вихревые токи разогревают арматуру и закладные детали в конструкции, а бетон получает тепло от армокаркаса. Метод для колонн, стоек и подобных элементов, у которых длина превышает размер сечения. Имеет смысл только для конструкций с густым армированием (коэффициент армирования больше 0,5)
Введение в бетон противоморозных добавок и ускорителей/замедлителей твердения не является способом зимнего бетонирования, поскольку ни одна химическая добавка не спасет бетон от промораживания в условиях зимы в районах средней полосы. Противоморозные добавки применять зимой нужно обязательно – от бюджетного «подсаливания» обычным хлоридом натрия или поташем, или нитритом натрия, до комплексных дорогих модификаторов, способных оптимизировать реологию смеси даже при неблагоприятных условиях. «Солить» следует в меру, поскольку некоторые соли способствуют коррозии арматуры и на будущую прочность бетона влияют негативно. Современные добавки в бетон имеют комплексный состав: вместе с веществами, понижающими точку замерзания воды и ускорителями твердения, в модификаторы входят присадки для увеличения прочности и морозостойкости бетона, пластификаторы и воздухововлекающие добавки. Применяют добавки в бетон строго по инструкции, а выбор их достаточно сложен и зависит от вида и класса бетона, вида, размеров и нагрузок на конструкцию, условий работы конструкции и др.
Термос
Теплоизоляция конструкции с целью предотвратить потери внутреннего тепла через поверхности, соприкасающиеся с холодным воздухом и опалубкой; использование внутреннего тепла бетона и экзотермии гидратации. Способ термоса особенно эффективен для массивных конструкций с модулем поверхности до 4-6 (отношение поверхности, через которую бетон отдает тепло, к общему объему элемента).
Чтобы создать термос для бетона, недостаточно прикрыть его сверху в опалубке теплоизоляционным материалом. Этот вариант – не для морозов, а для создания бетону нормальных условий при погоде с резкими колебаниями дневных и ночных температур, жаре от +30⁰С, холодном ветре или просто нестабильной осенней и весенней погоде. Конструкцию укрывают пологами, утепляющим рулонным или засыпным материалом – опилками, шлаком. Цель – сгладить колебания температур в пределах +10-30⁰С.
Метод термоса состоит в выдержке конструкции в оптимальном тепле до достижения нужной по проекту прочности, вплоть до распалубки. Для этого применяют утеплители и греющие опалубки. Греющую, или термоактивную опалубку применяют при бетонировании фундаментов ленточных и плитных, перекрытий, стен. Эффективны греющие опалубки при морозах не сильнее -25⁰С, причем без охлаждения, а при непрерывном бетонировании, быстрой укладке и уплотнении бетонной смеси. Опалубка может быть как несъемной, так и обычной мелкощитовой, иногда организуют прогрев и крупных опалубочных щитов. В качестве нагревательных элементов применяют стальную сетку, провода и кабели, различные их комбинации.
Перед тем как начать укладку бетона, прогревают опалубку и основание до +20⁰С. При заливке и уплотнении нагрев усиливают до +30-55⁰С. Нужно учитывать температуру укладываемой смеси, поскольку бетон, имеющий температуру от +40⁰С, быстро схватывается и имеет меньшую подвижность. Укладывать теплый бетон следует быстро. Утеплители можно применять самые разные, по месту – деревянные доски, проложенные толем или рубероидом, фанерные листы с прокладкой пенопластом, толстый гофрокартон, вату и шлаковату, засыпку стружкой или древесными опилками. Но более эффективны не продуваемые мягкие утеплители с водоотталкивающими покрытиями. Особое внимание при изоляции уделяют конструкциям переменного сечения, тонким элементам, углам и другим быстро остывающим частям – их утепляют в первую очередь. По ситуации – иногда выступающие элементы и стыки перед теплоизоляцией дополнительно быстро прогревают инфракрасным методом, например газовой горелкой.
Способ выдерживания бетона термосом прост и достаточно экономичен, и в полной мере позволяет использовать немалое внутреннее тепло бетона - экзотермию реакции гидратации. Больше всего подходит термос для конструкций с модулем поверхности до 8, при условии изготовления бетонных смесей на портланцементах средней активности. Высокоактивный быстротвердеющий цемент или введение в бетонную смесь модификаторов-ускорителей твердения дают возможность эффективно выдерживать термосом конструкции, имеющие модуль поверхности от 10 и выше, максимум до 15.
Строго говоря, для правильного и экономичного термоса нужен теплотехнический расчет по каждой конструкции. На частной стройке в основном приходится применять прогрев «с запасом».
Греющие опалубки можно комбинировать с электродным прогревом бетона и прогревом нагревательными проводами. В бетон добавляют антиморозные добавки и модификаторы для ускорения набора прочности. Бетонную смесь, которую готовят на участке в бетономешалке, возможно замешивать на горячей воде – до +90⁰С и прогретых до +50-70⁰С заполнителях. Какие меры комбинировать – решается индивидуально и зависит от специфики местных условий, от возможностей стройки и конечно, от бетона – его вида, класса, условий работы будущей бетонной конструкции.
Инфракрасный обогрев
Инфракрасные, или тепловые лучи, нагревают бетонную конструкцию мягко и медленно, преградой для них являются только металлические детали. На больших стройках применяют усиленные термоматы, инфракрасные промышленные установки. В условиях частной стройки применить термоматы для бетонирования фундаментной плиты дорого, но технически оправдано – для прогрева большой ровной горизонтальной поверхности термоматы эффективны даже более, чем электроды.
«Замороженный» армокаркас, установленный в опалубку, а также металлические закладные детали, сальники и т.п., перед бетонированием прогревают на частной стройке чаще всего газовыми горелками. Тепловыми лучами от газовой горелки можно прогреть стыки и участки конструкции, труднодоступные для теплоизоляции. КПД у горелок высокий – от 90%, и применяют данный метод прогрева бетона на частных стройках довольно часто.
Тепловой обогрев с укрытием
Довольно простая и эффективная, но неэкономичная технология. Устраивается укрытие – в виде не продуваемого шатра, палатки, полога или любого удобного купола, и устанавливается тепловая пушка. Дело трудоемкое и следить нужно постоянно - этот способ считают «дедовским», но для обогрева бетона на небольших стройках успешно применяют и в нашей современности. Хороший плюс этой «методики» тот, что можно греть без электроэнергии - автономной тепловой пушкой, чаще всего дизельной. Если сеть 220В недоступна, то данный вариант может стать беспроигрышным.
Каким бы способом не обеспечивалось бетону тепло в зимние морозы, одно из главных условий успеха – постоянный контроль. Температура бетона должна быть всегда плюсовая, оптимально +20-25⁰С, но ни в коем случае не выше, чем +45-50⁰С. Слишком высокие температуры не менее опасны для бетона, чем мороз. Колебания температур бетона на частной стройке есть всегда, и нагрев бетона происходит с разной скоростью, так же, как и его остывание. Предел этой скорости – 10 градусов за один час, и это тоже необходимо отслеживать, чтобы получить конструкцию проектной прочности.