Температура застывания бетона: Бетон — до какой температуры можно заливать

Температура застывания бетона: низкая, минимальная и оптимальная

От прочности фундамента будут зависеть качество и долговечность здания. При подготовке такого «нулевого» цикла работ требуется соблюдать многие факторы и тщательно ознакомиться с информацией о температуре застывания бетона. Если не учитывать условия погоды при заливке фундамента, качество и марку раствора, температурные режимы его застывания и виды добавок, то такая трудоёмкая работа может оказаться напрасной.

Подготовка к заливке фундамента

Иногда строительство капитальных сооружений, особенно частных, происходит без учёта времени года. Это может быть оправданным решением, но сложностей окажется немало уже на стадии подготовительных работ. Они состоят из нескольких этапов:

1. Площадь, предназначенная под фундамент, должна быть очищена от верхнего слоя почвы и размечена в соответствии с проектом. При морозной погоде это будет довольно трудоёмкой задачей.
2. Далее нужно произвести разметку ширины траншеи под фундамент. Глубина её определяется глубиной промерзания грунта, этажностью возводимого сооружения, материалом, который будет использоваться при строительстве. Землеройная техника не всегда применима, так как стенки траншеи должны быть узкими, глубокими и ровными.
3. Для гидроизоляции и укрепления дно котлована трамбуется песком (слоем в 90—150 мм), затем щебнем. Обычно зимой этот строительный материал находится в подмёрзшем состоянии. Есть вероятность того, что с потеплением утрамбованный слой потеряет нужную плотность, а это может отразиться на прочности будущей постройки.
4. Следующий этап работ — установка опалубки. Используются для этого доски или деревянные щиты, а для гидроизоляции — плотная полиэтиленовая плёнка. Сильный мороз влияет на эластичность плёнки. Она становится ломкой, на ней возможно появление прорех, что нарушает гидроизоляцию фундамента.
5. Дальше изготавливается армированная конструкция, которую можно сварить или скрутить при помощи стальной проволоки. Толщина используемой арматуры составляет от 8 до 18 мм. Одно из свойств стали — сужаться или расширяться при перепадах температуры, поэтому сваренный арматурный каркас на сильном морозе при повышении температуры будет менять свои размеры, что отразится на прочности фундамента.

Преимущества зимних работ

Иногда возникают ситуации, когда изготовление фундамента в зимнее время будет лучшим вариантом. Для этого могут быть разные причины:

1. Особенности почвы местности. Если грунт сыпучий, лучше возводить фундамент в мёрзлой почве для сохранения нужной формы котлована.
2. Климатические условия региона в летнее время не позволяют проводить строительные работы.
3. К стройке в зимнее время прибегают с целью экономии средств. В этот период цены на строительные материалы снижаются.
4. Строительные фирмы снижают стоимость услуг, так как резко падает спрос на их деятельность в зимнее время.

После подготовительных работ можно приступать к расчёту состава бетонного раствора, обязательно учитывая то, при какой температуре будет происходить его заливка в опалубку.

Твердение бетонной массы зимой

В какое время года не проводилась бы заливка фундамента, раствор готовят из цемента и щебня средней величины с добавлением пластификаторов. С добавками бетон приобретает прочность, улучшаются его состояние и влагостойкость. Пластификаторы повышают устойчивость раствора к морозам, поэтому их часто применяют, изготавливая фундамент при низких температурах воздуха.

Минимальная температура застывания бетона составляет не ниже +5 °C. Это крайний показатель для качественного созревания. Но и жаркая погода не особо подходит для строительных работ. Оптимальный температурный режим — от +15 до +20 °C. Соблюдая такие условия, можно создать без дополнительных затрат и технологий прочное основание под возведение здания.

Необходимо знать, при какой температуре застывает бетон. Нормальной температурой воздуха для его затвердения специалисты считают от +15 до +20 °C. Период застывания фундамента длится около 30 дней. Если температура ниже нормы, твердение бетона происходит медленнее — он достигнет нужной прочности примерно через 60 дней. Когда температура ниже 0 °C, процесс приостанавливается. При минусовой температуре залитый в опалубку раствор замораживается. Если фундамент уже успел набрать необходимую прочность, то весной после оттаивания продолжится процесс его твердения до полноценного конечного результата.

В случае недостаточной прочности перед замораживанием качество монолита будет неудовлетворительным. Вода в бетонном растворе при замерзании превратится в лёд и увеличится в объёме, что приведёт к пористости и трещинам в бетоне. В итоге сократятся эксплуатационные сроки строения.

Существуют методы, с помощью которых твердение бетона при низких температурах можно довести до состояния критической прочности к моменту его замерзания. По действию они делятся на три вида:

• обеспечивается внешний уход за залитым в опалубку раствором до степени критической прочности;
• с помощью электроподогрева повышается температура бетонной массы до момента максимального твердения;
• введение в раствор модификаторов, ускоряющих процесс застывания.

Возможность зимнего бетонирования зависит от многих факторов: наличия на строительной площадке источников питания, погодных условий на момент твердения, возможности доставки разогретого бетона. Самым простым и экономически выгодным методом является внесение в раствор модификаторов.

Добавки в раствор

Осуществляя способ бетонирования с использованием добавок, заливку раствора зимой производят без прогрева. Добавки применяются в холодную пору и делятся на два вида:

1. Вещества, которые понижают точку замерзания воды в бетонном растворе: поташ, хлориды кальция, натрия, нитрит натрия и их сочетания. Они обеспечивают довольно хорошее твердение при отрицательных температурах. Разновидность добавки подбирается согласно требованиям к температуре затвердения раствора.
2. Компоненты, которые ускоряют период твердения. Это модификаторы. К ним относятся поташ и содержащие в своём составе смеси хлорида кальция с мочевиной или нитритом кальция.

Объем химических соединений, вводимых в раствор, составляет от 2 до 10% от веса цементного порошка. Количество их определяют согласно ожидаемой температуры твердения бетона. С использованием противоморозных добавок возможно проведение бетонирования и при -25 °C. Но такие эксперименты не рекомендуется делать частным строителям. Заливка при минимальных температурах сопровождается рядом особенностей и требований по выполнению работ. Главным моментом является недопущение заморозки и разморозки раствора.

Единственным достоинством возведения фундамента в зимние месяцы является то, что уже ранней весной можно будет начать строительные, а затем отделочные работы и продолжить их до конца осени.

Зависимость скорости высыхания бетона и его прочности

Причина	Скорость твердения бетона	Влияние на прочность
Состав цемента	С3А, трёхкальциевый алюминат, формула 3СаО х Аl2O3 — сильно влияет на сроки схватывания цемента	Минерал C3S, трёхкальциевый силикат, формула 3СаО х SiO2. Способствует нарастанию прочности бетона/цемента не только в течение 28 дней, но и гораздо дольше
Температура	Сильно влияет	Сильно влияет
0°С	Может достигать 15 — 20  часов	100% прочность достигается через 4 — 6 месяцев
20°C	Начало схватывания ~ 2 часа, конец схватывания ~ 3 часа.	100% прочность достигается через 28 дней
>60°C	Может достигать 10 — 15 мин	100% прочность достигается через 1 — 2 дня
В/Ц отношение	Сильно влияет. Например, В/Ц = 0.5 — 1,5 часа В/Ц = 0.6 — 2 часа В/Ц = 0.7 – 3 часа	Сильно влияет. Например, В/Ц = 0.5 – 120% В/Ц = 0.6 – 100% В/Ц = 0.7 – 80%

Температура.

Температура от +3°С до 30°С с момента бетонирования и до набора критической прочности (1 — 2 дня) обеспечит нормальное твердение бетона.

Температура <0°С требует прогрева, т.к. существует риск замораживания до набора критической прочности. Основной момент потери тепла – укладка бетона в опалубку. Самый простой способ удержать начальное тепло и тепло гидратации – укрыть теплоизоляционным материалом (вата, пенопласт) горизонтальные конструкции сверху. Если это не обеспечивает температуру бетона выше 0°С, бетон следует ограждать от окружающей среды и прогревать (например, пленкой).

Большая температура увеличивает риск возникновения трещин, особенно в случае тонких горизонтальных конструкций (полы, перекрытия). При заливке слишком массивных конструкций (например, плита фундамента, мостовой пролет) необходимо снижать перепад температур внутри и снаружи конструкции. Целесообразно заливать такие конструкции послойно, но так, что бы не образовывались холодные швы (доставленная партия бетона ложится на уже застывшую предыдущую партию). Уложенный бетон достигнет максимальной температуры через сутки. Температура начнет спадать до температуры окружающей среды в течении 2-х суток. В крайних случаях применяются цементы с низким выделением тепла.

Влажность.

В случае, если цементу недостаточно воды, реакция (схватывание и набор прочности) прекращается, особенно на ранней стадии (первые 7 дней). В период схватывания следует следить за тем, чтобы бетон не терял влажность (укрыть пленкой), после того, как бетон схватился, контроль достаточной влажности обеспечивается постоянным поливом водой.

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.)

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.

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).

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 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.

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 Wilson, M.L., Design and Control of Concrete Mixtures , 15 ^th Edition, 2011, Portland Cement Association, www.cement.org