Заливка бетона зимой: меры предосторожности в холодную погоду и риск замерзания

Бетон заливают и зимой, но если делать это по летним привычкам, расплата будет тяжёлой. Твердение цемента — химическая реакция, и, как любая реакция, она замедляется на холоде и почти останавливается при температуре замерзания. Проблема не ограничивается замедлением: если бетон, ещё не набравший достаточную прочность, замерзает, вода внутри него превращается в лёд и разрушает структуру камня, а потерянная прочность уже не восстанавливается. Зима в Бодруме мягче, чем в Анатолии, но в дни, когда ночная температура падает, ветер не стихает, а влажность растёт, свежий бетон сталкивается с угрозой, которой летом не бывает. Меры принимаются совместно — на заводе и на строительной площадке — ещё до того, как автобетоносмеситель подъедет к воротам.

Гидратация и температура: почему бетон медленнее твердеет на холоде?

Когда цемент соединяется с водой, начинается ряд химических реакций, называемых гидратацией; затвердевание бетона и набор прочности являются результатом этих реакций. Скорость реакции зависит от температуры. Как правило, при понижении температуры бетона на каждые 10 °C скорость гидратации снижается примерно вдвое. Прочность, набираемая за один день при 20 °C, растягивается на два дня при 10 °C и на три-четыре дня при 5 °C. По мере приближения к 0 °C реакция сильно замедляется; ниже точки замерзания свободная вода замерзает, и реакция фактически останавливается.

Само по себе это замедление не портит бетон. Бетон, медленно твердеющий на холоде, продолжает набирать прочность с того места, где остановился, как только температура повышается, и со временем достигает целевой прочности; более того, бетон, прошедший медленное твердение, приобретает более плотную внутреннюю структуру. Проблема заключается в трёх последствиях замедления: из-за увеличения времени схватывания бетон долго остаётся пластичным, и отделка поверхности откладывается на часы; сроки распалубки и загрузки увеличиваются, график работ сдвигается; и самое главное — бетон остаётся уязвимым к морозу гораздо дольше, пока не приобретёт морозостойкость.

Стандарты определяют бетонирование в холодную погоду как условия, при которых средняя температура воздуха несколько дней подряд остаётся ниже 5 °C. Однако на объекте главным критерием служит температура бетона, а не температура воздуха. В момент доставки температура бетона, как правило, не должна опускаться ниже 5 °C; для толстых сечений этот предел устанавливается немного ниже, для тонких — выше. Наличие термометра для бетона на строительной площадке — самый дешёвый инструмент для принятия решения о зимней заливке.

Риск замерзания и критический порог прочности

В свежем бетоне вода находится в двух состояниях: вода, которая вступит в реакцию с цементом, и свободная вода в порах. Если бетон замерзает до того, как он достаточно затвердел, свободная вода превращается в лёд, и её объём увеличивается примерно на девять процентов. Это расширение разрушает изнутри ещё слабый цементный камень; связь между заполнителем и цементным камнем нарушается, на поверхности возникает шелушение, а внутри формируется пористая и хрупкая структура. Когда лёд оттаивает, реакция продолжается, но разрушенная структура уже никогда не восстанавливает свою первоначальную целостность. Бетон, замёрзший на раннем этапе, необратимо и серьёзно теряет конечную прочность; в некоторых случаях бетон приходится разбивать и укладывать заново.

Поэтому определён критический порог: до первого воздействия мороза бетон должен достичь прочности на сжатие примерно 3,5-5 Н/мм². В бетоне, достигшем этого порога, свободная вода в основном израсходована, а цементное тесто затвердело настолько, что способно противостоять расширению льда; один цикл замораживания-оттаивания не наносит необратимого ущерба. В нормальных условиях при 20 °C эта прочность достигается за одни сутки; при 5 °C — за два-три дня, а в более холодную погоду — дольше. В течение этого периода температура бетона должна поддерживаться выше 0 °C, предпочтительно выше 5-10 °C. Критический порог не означает, что «уход за бетоном завершён»; для достижения целевой прочности необходимо продолжать влажный и тёплый уход.

Где сильнее всего проявляется риск замерзания? В тонких сечениях (плиты перекрытия, карнизы, лестницы, тонкие стены), на углах и кромках, на незащищённых опалубкой верхних поверхностях, на фасадах, открытых ветру, а также в зонах, контактирующих с холодным грунтом или холодной арматурой. Толстая фундаментная плита защищает себя собственным теплом гидратации; десятисантиметровая плита, оставленная без защиты, может замёрзнуть за одну ночь.

Зима в Бодруме: короткая, сырая и ветреная

В районе Бодрума и Милас зима короче, чем во внутренних регионах, и дневные температуры чаще всего держатся выше 10 °C. Эта мягкость обманчива. Есть три местные особенности, которые делают зиму опасной для свежего бетона.

Во-первых, разница между днём и ночью. Площадка, где солнечным зимним днём в полдень было 15 °C, ясной ночью может опуститься до 2-3 °C, а в горных сёлах и внутренних районах Милас — ниже нуля. Плита, залитая после полудня, проходит самые холодные часы в полночь, ещё не достигнув критической прочности. Во-вторых, ветер. Пойраз и лодос забирают тепло с поверхности бетона независимо от температуры воздуха; 5 °C при ветре могут быть тяжелее для бетона, чем 0 °C в безветренную погоду. Ветер также ускоряет испарение с поверхности и открывает трещины пластической усадки даже зимой; враг, знакомый вам по жаркой погоде, зимой лишь меняет обличье. В-третьих, влажность и осадки. Зимние дожди смывают поверхность свежего бетона, скапливаются в опалубке, насыщают грунт водой и снижают теплоизоляционные свойства укрывных материалов. Мокрое одеяло не утепляет, а охлаждает.

Итог: в Бодруме меры на случай холодной погоды привязаны не к календарю, а к прогнозу погоды. Если ночная температура в день заливки опустится ниже 5 °C, если ветер будет сильным или ожидаются осадки, вступают в действие приведённые ниже меры. Эти условия часто встречаются с декабря по февраль и время от времени — в ноябре и марте. Аналог этих мер для летнего сезона вы можете найти в статье заливка в жаркую погоду; тот, кто прочитает обе статьи вместе, будет принимать верные решения круглый год.

Меры со стороны состава смеси: что меняется на заводе?

Бетон для холодной погоды начинается не с укрывания стандартного бетона одеялами на объекте — состав смеси изменяется уже на заводе. Когда при оформлении заказа вы указываете, что погода будет холодной, завод задействует следующие средства.

• Горячая вода затворения: Самый практичный способ повысить температуру бетона — подогреть воду затворения. Вода нагревается легче, чем заполнитель, и переносит больше тепла на единицу массы. Однако, поскольку слишком горячая вода при прямом контакте с цементом может вызвать мгновенное схватывание и образование комков, температура воды ограничивается; сначала воду смешивают с заполнителем, а затем добавляют цемент.
• Подогретый или незамёрзший заполнитель: Заполнитель составляет наибольшую массу в смеси; бетон, изготовленный на мёрзлом, обледенелом заполнителе, получается и холодным, и неконтролируемо переувлажнённым. На заводе штабели заполнителя укрываются и при необходимости подогреваются паром или горячим воздухом. Наличие кусков льда в бетоне не допускается.
• Добавка-ускоритель схватывания: Ускоряет гидратацию, позволяя бетону раньше достичь критической прочности, сокращая время схватывания, удлиняющееся на холоде. В железобетоне используются ускорители, не содержащие хлоридов; хлорид кальция вызывает коррозию арматуры и не применяется в армированных элементах. Ускоритель — не антифриз; он не предотвращает замерзание бетона, а ускоряет набор прочности до наступления заморозков.
• Воздухововлекающая добавка: Создаёт внутри бетона микроскопические, равномерно распределённые пузырьки воздуха. Эти пузырьки дают место для расширения замерзающей воды и тем самым защищают затвердевший бетон от циклов замораживания-оттаивания. Она особенно ценна для наружного бетона, который зимой многократно замерзает и оттаивает (площадочный бетон, ступени, верхняя поверхность подпорных стен). Поскольку воздухововлечение несколько снижает прочность, состав смеси пересчитывается соответствующим образом.
• Тип и расход цемента: Цемент с высокой ранней прочностью (например, класса CEM I 42,5 R) быстрее выделяет тепло и набирает прочность на холоде. Шлаковые и пуццолановые цементы с медленным тепловыделением при гидратации, будучи преимуществом летом, зимой могут стать недостатком. Некоторое увеличение расхода цемента и снижение водоцементного отношения способствуют как тепловыделению, так и набору ранней прочности.
• Низкое водоцементное отношение: Меньше свободной воды — меньше воды, способной замёрзнуть. Зимой, как и летом, нужная консистенция достигается не водой, а пластификатором; добавление воды на площадке зимой вредно вдвойне, поскольку и снижает прочность, и увеличивает количество воды, способной замёрзнуть.

Дозировка этих добавок определяется на заводе в зависимости от прогноза температуры, толщины сечения и продолжительности транспортировки. Зимняя смесь производителя товарного бетона обеспечивает поступление бетона на площадку при приемлемой температуре; ответственность за то, что происходит после доставки, лежит на строительной площадке.

Меры на стороне стройплощадки: до и после заливки

Перед заливкой. На опалубке, арматуре и грунте не должно быть льда, снега и инея; когда горячий бетон соприкасается с промёрзшей арматурой, он мгновенно охлаждается на контактной поверхности, и сцепление нарушается. Лёд удаляют горячим воздуходувом или паром, но никогда солью. Бетон не заливают на промёрзший грунт: оттаивая, он проседает и трескает бетон. Дождевую воду, скопившуюся в опалубке, удаляют. Укрывной материал, обогреватели и термометр должны быть готовы на площадке ещё до начала заливки; искать одеяла после прибытия миксера — уже поздно.

Во время заливки. Время заливки выбирается на самую тёплую часть дня — в идеале с позднего утра до середины дня, — чтобы бетон несколько часов набирал схватывание в тёплых условиях до наступления ночного холода. Время ожидания бетона на площадке сводится к минимуму: миксер разгружается сразу в готовую опалубку. Температура бетона измеряется в первом миксере и фиксируется в протоколе. Укладка и уплотнение выполняются быстро и без пропусков; бетон с пустотами одновременно слаб и подвержен промерзанию.

После заливки: укрытие. Открытые поверхности укрываются сразу после завершения отделки. Цель — сохранить внутри собственное тепло гидратации бетона: бетон нагревается сам, а задача — не дать этому теплу уйти. Используются утеплённые бетонные маты, стекловата или пенополистирольные плиты под полиэтиленовой плёнкой, а также утеплитель, обёрнутый вокруг наружной поверхности опалубки. Укрытие полностью закрывается по краям и углам — именно там тепло уходит в первую очередь. Полиэтилен, уложенный под укрытием, сохраняет влагу и не даёт укрытию намокнуть и потерять теплоизоляционные свойства. В ветреную погоду укрытие фиксируется грузом; сдуваемое укрытие защиты не даёт.

После заливки: обогрев. Если укрытия недостаточно — особенно на тонких сечениях и в ночи, когда ожидаются заморозки, — сооружается закрытое пространство и организуется обогрев. Плита перекрытия закрывается тентом или брезентом, под который устанавливается тепловая пушка или лучистый обогреватель. Важны два момента: поток от обогревателя не должен дуть прямо на поверхность бетона, иначе поверхность пересохнет и растрескается; а обогреватели на топливе выделяют в закрытом пространстве углекислый газ, который карбонизирует поверхность свежего бетона и вызывает пыление, поэтому предпочтение отдаётся обогревателю с дымоходом или электрической системе, а помещение проветривается. Нагретый бетон нельзя резко охлаждать: по окончании обогрева укрытие снимается постепенно, так как резкий перепад температуры приводит к термическому растрескиванию.

Уход за бетоном. В холодную погоду уходом за бетоном часто пренебрегают, хотя бетону вода нужна и зимой. Из-за риска замерзания воды вместо влажного ухода предпочтение отдаётся влагоудерживающим покрытиям и составам для ухода. Если температура бетона выше 5 °C, срок ухода остаётся обычным; если ниже — срок увеличивается. На протяжении всего периода ухода температура бетона измеряется и фиксируется не реже двух раз в сутки, включая самый холодный час.

Время снятия опалубки: ориентируйтесь на прочность, а не на календарь

Сроки распалубки, к которым вы привыкли летом, зимой не действуют. Опалубку снимают, когда бетон набрал прочность, достаточную для восприятия собственного веса и действующих на него нагрузок; время достижения этой прочности на холоде может увеличиться в два-три раза. Боковая опалубка балки, которую снимают через три дня при 20 °C, при 5 °C может потребовать неделю; стойки под перекрытием ждут ещё дольше. Преждевременное снятие опалубки вредит по двум направлениям: бетон с недостаточной прочностью прогибается и трескается под нагрузкой; а поскольку опалубка одновременно выполняет функцию теплоизоляции, после её снятия бетон внезапно оказывается на холоде, и риск замерзания возвращается.

Существует три способа принятия решения о снятии опалубки. Первый — контрольные образцы, твердеющие на строительной площадке в тех же условиях, что и бетон; при их разрушении определяется реальная прочность бетона. Стандартные лабораторные образцы твердеют при 20 °C, поэтому не отражают состояние бетона на площадке. Второй — метод зрелости: фиксируется температурная история бетона, и прочность оценивается по произведению температуры и времени; этот метод применяется на крупных объектах с постоянными датчиками температуры. Третий — приблизительный контроль с помощью неразрушающих испытаний (например, склерометром). Если ни один из этих методов недоступен, время снятия опалубки определяется не по таблице из проекта, а по значению, увеличенному с учётом температурной поправки, и в случае сомнений выжидают ещё один день.

Даже после снятия опалубки бетон не оставляют открытым; в частности, поверхности колонн и стен после демонтажа опалубки ещё несколько дней защищают теплоизоляционным покрытием. Снятие опалубки не означает окончания периода зимней защиты.

Контрольный список зимнего бетонирования

Если до дня заливки вы можете ответить «да» на все следующие пункты, значит, вы готовы:

1. Я проверил прогноз погоды на день заливки и на следующие три ночи; известны ночная температура, ветер и осадки.
2. Я сообщил заводу, что это заливка в холодную погоду; горячая вода, ускоритель, воздухововлекающая добавка и тип цемента были согласованы с заводом.
3. Время заливки назначено на тёплую часть дня; когда прибудет автобетоносмеситель, опалубка и бригада будут готовы.
4. На опалубке, арматуре и основании нет льда, снега и воды; основание не промёрзло.
5. Укрывной материал (утеплённые маты, полиэтилен, изоляционные плиты) в достаточном количестве и в сухом состоянии на площадке.
6. При необходимости обогреватель, тент или брезент и топливо готовы; бездымоходные обогреватели прямого сгорания использоваться не будут.
7. Термометр для бетона на площадке; температура бетона будет измерена в первом миксере и занесена в протокол.
8. Будут отобраны контрольные образцы для твердения в условиях строительной площадки; решение о снятии опалубки будет приниматься на основании этих образцов.
9. Бригаде сообщили, что вода в бетон на объекте добавляться не будет; необходимая консистенция была указана в заказе.
10. Планируется, что укрытие и обогрев будут продолжаться как минимум до достижения критической прочности, предпочтительно в течение трёх дней.

Зимняя заливка — это вопрос планирования, она не терпит импровизации. Перед оформлением заказа обсудите с заводом состав смеси: горячую воду, подходящий цемент, ускоритель схватывания и воздухововлекающую добавку. В Bodrum Beton мы подбираем состав смеси в зависимости от погодных условий в день заливки и доставляем бетон насосом прямо к вашей опалубке; для технической поддержки по зимним заливкам вы можете обратиться на нашей странице контакты, а необходимый объём заранее рассчитать с помощью инструмента расчёт бетона.

Часто задаваемые вопросы