Зимний бетон на частной стройке – суровая необходимость. Сложности доставки по водному пути, изолированность участка строительства, отличные зимние дороги и невозможность проехать к месту укладки бетонной смеси в распутицу вполне оправдывают сложные, рискованные и затратные процессы зимнего бетонирования. Кроме дорожных факторов, влияют и экономические: зимние скидки на поставку стройматериалов и аренду оборудования. Закладка фундамента и возведение коробки здания в теплое время года правильнее технологически и обеспечивает должное качество, но не всегда реализуются на практике. Зимние бетонные работы возможны благодаря химии бетона и сильной экзотермии при его схватывании. Вяжущее бетона, применяемого в фундаментных и основных несущих конструкциях здания – портландцемент, гидравлическое вяжущее. При затворении водой моментально начинается реакция гидратации и первые сутки бетон схватывается. Следующие двое суток набирает примерно половину итоговой прочности – а далее процесс замедляется. Но весь период набора прочности – 28 суток – бетонная конструкция должна находится в оптимальных условиях температуры и влажности. Независимо от погодных условий бетону необходимо обеспечить плюсовую температуру.
При замерзании бетона после полутора-двух недель твердения возможно, что необратимых последствий и не будет, но в любом случае итоговая прочность бетона не достигнет марочной. В первые сутки замерзание смеси фатально, даже при отсутствии механических воздействий. После оттаивания реакция гидратации возобновляется, но недостаточно интенсивно, и даже в лучшем исходе конструкция будет хрупкой и недолговечной. Выделение значительного количества тепла при затворении цемента водой достаточно, чтобы обеспечить твердение при температуре воздуха плюсовой или немного ниже нуля. Но само-разогрев смеси обеспечивает не только ускорение схватывания, но и отрицательные последствия – неравномерные местные напряжения в бетоне, что чревато трещинами. По этой причине портландцементы , применяемые для неизолируемых конструкций, имеют низкое тепловыделение (0,20 кДж/г).
В зимнее время в бетон всегда вводят противоморозные добавки, при замесе на любом РБУ или в бетономешалке самостоятельно. Эффект современных присадок отличный – обеспечивается нужная реология смеси, подвижность и удобоукладываемость, ускоряется начальное твердение. Но данный бонус получается за счет итоговой прочности бетона, поэтому при зимнем строительстве принимают класс бетона на одну-две ступени выше, чем проектная. При морозах до – 5 ⁰С возможно обеспечить нормальные условия бетону, если быстро и качественно уложить смесь в прогретую теплоизолированную опалубку, предусмотреть комплекс противоморозных добавок и создать конструкции термос. Если морозы сильнее, без прогрева не обойтись, а в сорокаградусную зиму потребуется мощный, например электродный или индукционный электропрогрев, тепляк и постоянный контроль – все 28 суток. Современные нагревательные провода для бетона способны обеспечить температурные условия даже в сильные морозы, и стоимость кабельного прогрева хоть и высока, но несравнима с проблемами по причине замороженного фундамента.
Дополнительные меры – не только специальные противоморозные добавки в бетон, широко применяется на частных стройках теплоизолирующая и термоактивная опалубка, а также прогрев грунта основания перед бетонированием, метод термоса и прогрев бетона в конструкции. Утепление и гидроизоляция фундамента, как правило, входит в проект, поэтому заливка бетона в утепленную изолированную опалубку оправдана. При этом теплоизоляционный слой станет частью готовой конструкции . Плюсы несъемной опалубки: снижение утечек тепла из уложенной смеси и равномерность прогрева в результате экзотермии, в итоге отсутствие поверхностных трещин. «Монтаж» утеплителя на готовый фундамент выполняется за счет сцепления цементного молочка с поверхностью плиты утеплителя (чаще всего это пеноплекс, ЭППС или другой пенополимер с достаточной жесткостью). При использовании утепленной несъемной опалубки возможно применение портландцемента повышенного тепловыделения (0,28 кДж/г).
Оболочка из пеноплекса при устройстве самодельной опалубки устанавливается по боковым частям конструкции, например - ленточного фундамента. Плиту фиксируют к опалубочному щиту проволочными стяжками, или на клеевой состав. Крепление утеплителя обязательно, поскольку при арматурных работах теплоизоляция должна сохранить проектное положение, и не сдвинуться в результате динамики заливки и уплотнения смеси. Неукрепленный (и не придавленный сверху упором) пеноплекс бетонная смесь попросту выдавит наверх.
При решении утеплить опалубочные щиты необходимо помнить, что утепление только боковое. Мощный холодный мост снизу частично компенсируют прогревом грунта; при этом контроль за температурой бетона обязателен, при необходимости применяют подогрев. Выбор метода зимнего бетонирования зависит от целого перечня факторов: температурные условия и сила ветра, перепад суточных температур, назначение конструкции и класс бетона, тип армирования. Очень важный фактор – форма конструкции (модуль поверхности), чем ближе к кубической форме, тем лучше сохранение тепла. Узкие и длинные ленты, стойки и балки невозможно качественно забетонировать зимой без утепления и индукционного или кабельного прогрева.
Подробнее о противоморозных добавках: основной эффект такой же, как при подсаливании воды – температура кристаллизации несколько снижается. Соленая или морская вода замерзает при температурах ниже нуля, а в жидкой фазе вода сохраняет способность к химическим реакциям. При этом важно понимать, что гидратация будет протекать с низкой скоростью. Противоморозные присадки обеспечивают бетонной смеси возможность медленного схватывания при температуре около нуля, но за счет снижения итоговой прочности, что требуется учесть при заказе бетона зимой. Присадки могут содержать соли хлора и другие вещества, вызывающие коррозию не только металла арматуры, но и бетона. Дозировку, рекомендованную производителем добавки, превышать недопустимо. Видов противоморозных добавок много, но основной принцип действия – или снижение порога кристаллизации воды затворения, или присадка работает «на тепло»: повышает экзотермию бетона на короткое время, достаточное для заливки и уплотнения в опалубке. Теплые присадки имеет смысл применять при запланированном искусственном прогреве бетона конструкции, и конечно, при этом бетону создают термос.
Прогрев бетона
Все методы прогрева имеют одну цель: обеспечить бетонной конструкции оптимальные параметры для набора прочности. При этом и прогрев, и остывание строго контролируется. Круглосуточный контроль – залог успеха, ведь время прогрева зимой не меньше, чем 28 суток, и возможны перебои с электроснабжением, резкие похолодания и другой форс-мажорный негатив. Практично применение двух или трех методов обогрева бетона. Сооружение тепляка и обогрев пушками или калориферами в дневное время проще, поскольку имеется парниковый эффект. Для этого и применяют прозрачные полиэтиленовые пленки, но основное условие – герметичность. Прогрев воздуха в изолированном тепляке малого объема – один из методов внешнего обогрева бетона. Экономически это крайне затратный способ, но проверенный временем и необходимый при возведении ответственных конструкций из монолитного бетона. Термоактивная опалубка работает аналогично – обеспечивает поверхностный прогрев конструкции и сохранение тепла.
Инфракрасный обогрев работает по-другому: прогревается не воздух вокруг конструкции, а сам бетон. Другие методы внутреннего обогрева: электропрогрев заложенными в тело бетона нагревательными проводами ( до сих пор успешно применяются телефонные провода и специальные провода ПНСВ, подключаемые к прогревающему трансформатору или станции). Современные нагревательные кабели намного эффективнее, и подключаются в разъем бытовой электросети 220 В, или в обычную розетку. Провода остаются в бетоне, но стоимость расходного материала вполне оправдана – качественный прогрев зимой обеспечивает прочность и долговечность бетонной конструкции. По сравнению с индукционным прогревом, требующим более сложного расчета и имеющим минусы – в частности, слишком резкий местный нагрев, прогрев проводами надежнее.
Электропрогрев бетона электродами - арматурными стержнями или включением армокаркаса в цепь, экономичнее, но требует специального оборудования. Для прогрева нужен постоянный ток. Использование сварочного трансформатора для электродного прогрева – незабытая проза прошлого века, но для успешного прогрева вмонтированными отрезками арматуры или через армокаркас нужно учесть множество данных. По сути, нужен грамотный проект, поскольку неверная установка греющего оборудования обеспечит в зоне контакта электродов (арматуры) с бетоном не сильный кратковременный прогрев, а пересушивание и нарушение сцепления. На периферии при этом бетон может и не прогреться, и даже замерзнуть, поскольку электрический ток не пройдет через пересушенную область. Электродный прогрев – наиболее незатратный метод, но требующий профессионализма.
