Методы зимнего бетонирования: что выбрать под объем конструкции и температуру

При какой температуре бетонирование становится зимним

Бетон набирает прочность, пока в нем есть незамерзшая вода. Как только свободная вода в порах кристаллизуется, гидратация останавливается, а лед увеличивается в объеме и разрывает еще не окрепшую структуру. Конструкция, замороженная в первые часы после укладки, проектной прочности уже не наберет.

Норматив описывает зимнее бетонирование через порог обязательных мероприятий. По пункту 5.11.1 СП 70.13330.2012 возведение конструкций при среднесуточной температуре наружного воздуха ниже 5 °С и минимальной суточной ниже 0 °С должно вестись со специальными мероприятиями. Здесь есть расхождение, которое проявляется при согласовании ППР, ведь в СП 435.1325800.2018 зимний период определен через среднемесячную температуру. В проекте производства работ стоит прямо указывать, по какому документу считается период.

Ключевое значение для планирования имеет критическая прочность бетона, та доля проектной прочности, после достижения которой конструкцию можно замораживать без потерь. По таблице 5.7 СП 70.13330.2012 она зависит от класса бетона. Без противоморозных добавок до класса В10 требуется 50 % проектной прочности, до В25 — 40 %, для В30 и выше — 30 %. Зависимость здесь обратная интуитивной, ведь чем выше класс, тем меньше требуемая доля. Пролетные конструкции нормируются жестче, от 70 % при пролете до 6 м и 80 % при большем пролете или преднапряжении.

Бетон с противоморозными добавками нормируется мягче. До В15 требуется 30 %, до В25 — 25 %, для В30 и выше — 20 %.

Отсюда становится понятно, при какой температуре можно заливать бетон без обогрева. Бетон без прогрева допустим тогда, когда конструкция успевает добрать критическую прочность за счет собственного тепла или добавок до того, как промерзнет. Массивный фундамент при −10 °С имеет такой запас времени, а плита перекрытия толщиной 200 мм при том же морозе его лишена. Разницу задает модуль поверхности, отношение площади охлаждаемых поверхностей к объему конструкции.

Какие есть методы зимнего бетонирования

Норматив разделяет методы зимнего бетонирования по области применения. Приложение П СП 70.13330.2012 привязывает выбор к модулю поверхности и температуре наружного воздуха, а тип здания среди параметров не значится.

Из таблицы следует главное правило, по которому ведут бетонирование в зимних условиях. Термос работает только на массивных конструкциях и в умеренный мороз, а все, что тоньше и холоднее, требует подвода тепла извне. Для тонкостенных конструкций норматив термосного варианта не предусматривает вовсе. Способы различаются и по энергоемкости. Таблица П.2 отводит сквозному электродному прогреву 80–110 кВт·ч на кубометр, а конвективному и инфракрасному 120–200, поэтому расход электроэнергии закладывают в смету наравне с арендой оборудования.

Метод термоса и тепляки

Метод термоса при зимнем бетонировании удерживает то тепло, которое бетон выделяет сам при гидратации цемента. Смесь укладывают подогретой, конструкцию закрывают утепленной опалубкой и укрывают открытые поверхности, после чего она остывает медленно и успевает набрать критическую прочность.

Температура смеси при укладке задана таблицей 5.7 и зависит от метода. При термосе она устанавливается расчетом, но не ниже 5 °С, для смесей с противоморозными добавками не менее чем на 5 °С выше температуры замерзания раствора затворения, при тепловой обработке достаточно не ниже 0 °С.

Тепляк применяют, когда термос перестает справляться. Конструкцию закрывают тентом и подают внутрь нагретый воздух электрокалориферами. В классификации СП это конвективный прогрев, один из самых энергоемких. Тепляки для зимнего бетонирования оправданы на перекрытиях и стенах в замкнутых объемах, где раскладка провода сложнее, чем укрытие захватки целиком.

Электропрогрев: провод, электроды, арматура

При электродном прогреве бетона ток пропускают через сам бетон, который работает как сопротивление. Сквозной вариант применяют на ленточных фундаментах, колоннах, стенах и перегородках толщиной до 50 см. Периферийный подходит для ленточных фундаментов, бетонных подготовок и полов, плоских перекрытий и стен, причем при толщине до 20 см его выполняют односторонним, а при большей двусторонним. Электроды для прогрева бетона расставляют по расчетной схеме, и после распалубки они остаются в теле бетона.

На густоармированных конструкциях электродный прогрев бетона проигрывает проводу, поскольку ток идет по пути наименьшего сопротивления и при плотной арматуре поле распределяется неравномерно. Появляются локальные перегревы у стержней и недогретые зоны между ними. Прогрев бетона арматурой, когда роль электродов играют сами рабочие стержни, применим только к малоармированным конструкциям.

Прогрев бетона проводами ПНСВ в зимнее время устроен иначе. Греется стальная жила, уложенная в тело конструкции до бетонирования и запитанная через понижающий трансформатор. Тепло распределяется равномернее, схему проще контролировать, поэтому электрический прогрев бетона проводом стал основным способом на монолитных объектах. Расчет длины петель и схемы подключения разобраны в материале про греющий кабель для прогрева бетона, а подбор питающей станции рассмотрен в статье про то, какие бывают станции прогрева бетона.

Индукционный прогрев бетона нагревает арматуру и стальную опалубку электромагнитным полем от обмотки вокруг конструкции. Норматив закрепляет за ним линейные элементы с равномерно распределенной арматурой: колонны, ригели, балки, сваи, замоноличивание стыков. На рядовом монолите метод почти не встречается, поскольку требует навивки индуктора под каждый типоразмер.

Термоматы и греющие маты

Термоматы для бетона представляют собой гибкие нагревательные панели, которые укладывают поверх забетонированной конструкции или закрепляют на опалубке снаружи. В классификации СП это обогрев низкотемпературными нагревателями, применимый практически ко всем видам конструкций.

Принципиальное отличие от провода в том, что термомат для прогрева бетона греет поверхность, а провод прогревает тело конструкции, и отсюда следуют границы применимости. На плитах, полах, стяжках и небольших захватках маты для прогрева бетона удобнее, так как их раскладывают за минуты и переносят на следующую захватку, тогда как провод остается в бетоне безвозвратно. На массивных элементах поверхностный обогрев греет только наружный слой, центр остается холодным, и равномерного набора прочности не получается.

Электрические маты для прогрева бетона питаются от сети 220 В, что избавляет от понижающего трансформатора на объектах с ограниченной мощностью. Греющие маты выпускают разной площади, и расчет ведут по площади укрытия.

Режим прогрева: температура, скорость подъема, выдержка

Прогрев проходит три стадии: подъем температуры, изотермическую выдержку и остывание. Перегрев вредит не меньше недогрева, ведь при быстром подъеме наружные слои расширяются быстрее внутренних, возникают температурные напряжения и микротрещины, через которые конструкция теряет морозостойкость и водонепроницаемость.

Режимы прогрева бетона нормированы по модулю поверхности в таблице 5.7. При подъеме температуры для Мп до 4 допускается не более 5 °С/ч, для Мп от 5 до 10 не более 10 °С/ч, свыше 10 не более 15 °С/ч, для стыков до 20 °С/ч. При остывании предельные значения для тех же диапазонов составляют 5, 10 и 20 °С/ч. Асимметрия в последнем значении не опечатка, при высоком модуле поверхности остывать бетону разрешено быстрее, чем нагреваться.

Вопрос, до какой температуры прогревают бетон, решается по виду цемента. На портландцементе температура выдерживания не выше 80 °С, на шлакопортландцементе не выше 90 °С.

Длительность изотермической выдержки расчетная и зависит от класса бетона, температуры прогрева и требуемой на момент распалубки прочности. Универсального числа часов не существует, и любой источник, называющий срок без привязки к этим параметрам, выдает частный случай за правило. Требуемая прочность к моменту снятия опалубки разобрана в материале про сроки распалубки.

Контроль ведут по температурным скважинам с записью в журнал бетонных работ, фактическую прочность определяют по ГОСТ 10180, ГОСТ 17624 или ГОСТ 22690. Без этих документов подтвердить заказчику достижение критической прочности невозможно.

Противоморозные добавки: где помогают, а где нет

Добавка понижает температуру замерзания воды затворения, поэтому часть влаги остается жидкой на морозе и гидратация продолжается, пусть и медленнее. ГОСТ 24211-2008 делит противоморозные добавки на две группы: для «холодного» бетона, твердеющего при отрицательных температурах, и для «теплого», где добавка защищает смесь от замерзания до подачи внешнего тепла.

Здесь норматив стоит отделить от маркетинговых обещаний. Нормативного предела вида «добавки работают до −25 °С» не существует: ни в ГОСТ 24211-2008, ни в СП 70.13330.2012 таких значений нет. Производители заявляют диапазоны самостоятельно, обычно от −15 до −25 °С с увеличением дозировки по мере понижения температуры. Таблица П.1 при этом отводит термосу с добавками потолок в −20 °С и только для массивных конструкций с модулем поверхности до 3.

Назначение добавки определяется оснащением объекта, и понять, для чего нужна противоморозная добавка в бетон, помогают три типовых случая. Самостоятельным решением она выступает на массивных малоармированных конструкциях в умеренный мороз. Дополнением к прогреву она полезна почти всегда, поскольку снижает требуемую критическую прочность и сокращает время прогрева, ведь для бетона классов выше В15 и до В25 включительно требование падает с 40 до 25 %. Заменить прогрев на перекрытии при −20 °С добавка не может.

Добавки меняют сроки схватывания, а хлоридсодержащие составы повышают риск коррозии арматуры и в преднапряженных конструкциях не применяются. Совместимость с конкретным цементом проверяется подбором состава в лаборатории.

Как выбрать метод под объект

Развилка задается тремя параметрами: модуль поверхности конструкции, температура наружного воздуха и наличие мощности на площадке. Для ленточного фундамента при −5 °С с модулем поверхности 3–6 достаточно термоса с утепленной опалубкой и подогретой смесью, прогревочное оборудование не требуется. Плита перекрытия толщиной 200 мм при −15 °С имеет модуль порядка 10, и термосного варианта норматив для нее не предусматривает, поэтому применяют греющий провод от понижающей станции, а на небольших захватках термоматы. Для стен жилого корпуса при −20 °С остается только электротермообработка, причем при плотном армировании провод надежнее электродов, а опалубку утепляют в любом случае.

Способы зимнего бетонирования выбирают в строгой последовательности. Сначала рассчитывают модуль поверхности, затем по таблице П.1 определяют допустимый способ, и только потом подбирают оборудование. Обратный порядок, когда метод выбирают по наличию техники на складе, ведет к недогреву конструкции либо к двукратному перерасходу электроэнергии.

Заключение

Зимний монолит дорожает не столько из-за аренды прогревочного оборудования, сколько из-за ошибок в режиме. Превышенная скорость подъема дает трещины, недобранная критическая прочность оставляет конструкцию, которую после оттаивания придется усиливать. Оба риска снимаются расчетом до начала работ.

Если комплект на зимний период еще не сформирован, специалисты «Статика-С» выполнят расчет по чертежам и подберут опалубку и станции прогрева под объем конструкций и температурный режим объекта. Прогрев бетона в Москве, Московской области, Санкт-Петербурге и Ленинградской области компания обеспечивает станциями КТПО-80 из наличия, с доставкой на площадку.