Цемент для зимнего бетонирования

Технология зимнего бетонирования: подробное описание

07.12.2012 04:54

В последнее время на электронную почту и контактный телефон компании АСК Эгида поступает много вопросов на тему зимнего бетонирования. Вопросы следующие:

— Можно ли бетонировать зимой, если можно, то какая технология бетонирования применяется в зимний период?

— Что лучше применять при зимнем бетонировании электропрогрев или противоморозные добавки?

Цемент для зимнего бетонирования

Воду используют для создания одного из самых прочных и долговечных материалов на Земле – Бетона.

В ПРАКТИКЕ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ СУЩЕСТВУЮТ ТРИ ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ:

• портландцемент при малых положительных температурах твердеет очень медленно;

• вода, не вступившая в реакцию с цементом, при отрицательных температурах замерзает, а в бетоне возникают внутренние напряжения;

• замораживание бетона в конструкции вызывает снижение адгезии арматуры и наполнителя с цементным камнем.

Эти проблемы приводят к снижению несущей способности конструкций и уменьшению их долговечности.

СУЩЕСТВУЕТ 5 ПРИЧИН ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДОБАВКИ В БЕТОН ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ ЕГО СВОЙСТВ И ПРИДАНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНУ.

• Вы считаете бетон прочным материалом? Знаете, что собой представляет БЕТОН?

Бетон (от фр. «beton») — строительный материал, искусственный каменный материал, получаемый в результате формования и затвердевания рационально подобранной и уплотненной смеси состоящей из вяжущего вещества (цемент или др.), крупных и мелких заполнителей, воды (из Википедии). В ряде случаев может содержать специальные добавки. Бетон производится смешиванием цемента, песка, щебня и воды (соотношение их зависит от марки цемента, фракции и влажности песка и щебня), а также небольших количеств добавок (пластификаторы, ускорители твердения, и т.д.). При замерзании жидкой фазы бетона (цементного теста) его твердение останавливается и возобновляется после оттаивания. При температурах -10°С и ниже гидратации цемента практически прекращается, останавливается процесс тепловыделения, отсутствует заметный набор прочности.

• Даже если уложить бетонную смесь до морозов, потребуется время для гидратации цемента.

Т.е. растворения цементного камня, превращения смеси в гель с последующим его затвердеванием и набором бетоном своей марочной прочности. А если вода замерзла и превратилась в лед?! Что же, прекратить укладку бетона? Не обязательно. Конечно, существует и некий предел: думаю, не ошибусь, если скажу, что при температуре ниже «минус» 20°С любые наружные строительные работы становятся некомфортными, а уж бетонные – тем более.

Чтобы было понятно:

В обычных условиях (при +20°С) процесс набора прочности бетоном длится 28 суток. А если температура за сутки изменяется от -10°С до +5°С? Особенно в первую неделю после укладки бетона? Замерзание химически не связанной воды затворения в бетоне приводит к резкому увеличению пористости цементного камня, а при высоких расходах воды — даже к разрушению бетона. Как известно вода – единственное вещество, которое увеличивается в объеме при замерзании. Эти обстоятельства сильно затрудняют проведение бетонных работ в условиях пониженных температур, особенно при возведении монолитных конструкций. В соответствии со СНиП III-15-76, в России запрещается производство бетонных работ без применения специальных методов выдерживания бетона при ожидаемой среднесуточной температуре ниже +5°С и минимальной суточной температуре ниже 0°С. Соответствующий холодный период в разных районах России длится от 3 до 10 месяцев.
Для предотвращения замерзания бетона используют различные методы: прогрев бетона, термосное выдерживание и применение противоморозных добавок (возможно в сочетании с первыми двумя методами).

Используемые в настоящее время добавки в бетон при монолитном строительстве и изготовлении железобетонных изделий можно условно разделить на 3 вида:

• Пластификаторы.

• Обеспечивают удобную укладку и отличную динамику набора прочности бетонной смеси с высокими показателями механической прочности на всех сроках твердения.

• Ускорители твердения. Искусственно увеличивают скорость затвердевания бетона.

Противоморозные добавки. Обеспечивают процесс образования цементного камня даже при отрицательной температуре.
На сегодня популярными противоморозными добавками являются: обыкновенная соль (NaCl), формиат натрия, нитрит натрия, поташ. Их зачастую сочетают с пластификатором С-3.
Эти добавки имеют свои положительные и отрицательные стороны. Причем отрицательные зачастую проявляются уже весной, а при вводе здания в эксплуатацию продолжают негативно влиять на сам бетон и экологию.

ВНИМАНИЕ. Подводные камни популярных добавок в бетон!

Для ускорения твердения применяется поташ. Он дает быстрый рост прочности в первый месяц, однако, через 2-3 месяца возможно снижение прочности на 20-30%.

Рассмотрим кратко несколько традиционных добавок в бетон:

• Поташ ускоритель твердения, противоморозный.

Поташ К₂СО₃ — кристаллический порошок, сильно ускоряющий схватывание и твердение — бетонные смеси имеют очень короткие сроки схватывания. За счет весьма коротких сроков схватывания и возникновения в бетоне больших внутренних напряжений, поташ является опасной добавкой – его применение вызывает появление микро- и макротрещин и существенно снижает прочность, водонепроницаемость и морозостойкость бетона, а при прогреве бетон теряет до 30% прочности, по сравнению с непрогретым. Поташ не ухудшает свойств бетона, если его вводить в бетонную смесь совместно с одним из замедлителей схватывания: сульфитно-дрожжевой бражкой СДБ (смесью кальциевых, натриевых, аммониевых, кальциево-натриевых солей лигносульфоновых кислот); тетраборатом натрия ТН (бура) (кристаллическим продуктом состава Na2B4O7 • 10 H2O); жидким стеклом ЖС (растворимым силикатом натрия) в смеси с адипиновым пластификатором (адипинатом натрия) ПАЩ-1;

• Нитрит натрия ускоритель твердения, противоморозный;

Нитрит натрия NaNO2 — кристаллический порошок или водный раствор.Нитрит натрия — ядовитое, пожароопасное вещество, являющееся окислителем.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) окислов азота в пересчете на NO2 в рабочей зоне (воздухе) промышленных предприятий 5 мг/м3 (0,005 мг/л).
Внимание! При совместном использовании пластификаторов — лигносульфанатов ЛСТ и нитрита натрия могут выделяться отравляющие газы – окислы азота NO и NO₂.
Внимание! К разложению нитрита натрия может привести его смешивание с добавкой СДБ. Внимание! Емкости, предназначенные для приготовления, хранения и переноски водных растворов или порошка нитрита натрия необходимо обозначать надписью «Яд!» (Руководство НИИЖБ по применению бетонов с противоморозными добавками).

• Формиат натрия ускоритель твердения, противоморозный

Формиат натрия NаСООН натриевая соль муравьиной кислоты — кристаллический белый порошок с кислой реакцией водных растворов (рН=6).
Формиат натрия не обладает пластифицирующими и водоредуцирующими свойствами. Поэтому для повышения подвижности бетонных смесей и снижения В/Ц отношения формиат натрия традиционно используют совместно с разжижителем С-3 (порошкообразным или жидким).

• Пластификатор (разжижитель бетона) С-3

Один из первых отечественных пластификаторов бетона на основе продуктов конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, с молекулярно-массовым распределением. С-3 содержит опасные в биологическом отношении нафталин и формальдегид.Сульфат натрия в количестве 7-10%, содержащийся в С-3, является активным высолообразующим агентом, что ограничивает применение С-3 в конструкциях, не допускающих высолов. Также, несмотря на малые концентрации, сульфат натрия может способствовать развитию сульфатной коррозии бетона в процессе его эксплуатации.

Эффективность применения противоморозной добавки во многом зависит от величины снижения температуры замерзания жидкой фазы бетона. Однако наличие жидкой фазы при отрицательных температурах обеспечивает крайне медленное твердение. К тому же применение бетонов лишь с противоморозными добавками ограничивается медленным твердением бетона (вследствие чего проектная прочность достигается через 2-3 месяца); опасностью появления высолов и негативного влияния на структуру, свойства бетона и сохранность арматуры при введении добавки в количествах превышающих 10 % по массе цемента. Вновь проявилась нестыковка.

Что же делать?

Очевидно, что противоморозная добавка должна работать и как ускоритель твердения, и как пластификатор до технологически оправданных временных интервалов.

ЕСТЬ ВЫХОД – ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ ДОБАВОК В БЕТОН.

«Гамбит Е1» добавка в бетон. 5 в 1: ускоряет твердение смеси; позволяет проводить работы до -25°С; пластифицирует и стабилизирует бетонную смесь; повышает прочность бетона на 2 класса; увеличивает плотность бетона. Не дает высолов и не вызывает коррозию арматуры. Совершенно безопасна для здоровья человека.

«Гамбит Е3» добавка в раствор для сухих полимерных смесей (штукатурные смеси и плиточные клеи, шпаклевочные массы): позволяет проводить работы до -15°С; пластифицирует и стабилизирует смесь.
Добавки ГАМБИТ имеют низкий расход (не более 3% даже в самые суровые холода).
Испытанные в лаборатории и применяемые с 2004 года добавки нового поколения серии «ГАМБИТ®» совмещают в себе лучшие свойства пластификаторов, ускорителей твердения и противоморозных добавок. Добавки серии «ГАМБИТ®» позволяют проводить бетонирование даже при — 25°С, увеличивают марочную прочность бетона на 2 класса, ускоряют набор прочности бетона почти в 10 раз.

ПРИМЕНЕНИЕ ДОБАВОК «ГАМБИТ®» ГАРАНТИРОВАННО ПОЗВОЛИТ ВАМ:

• значительно увеличить производительность труда;

• получить экономию цемента;

• получить гарантированное качество конструкций;

• снизить коррозию стальной арматуры, металлических форм и оборудования;

• значительно сократить затраты на производство бетонных работ.

Методы зимнего бетонирования

Заморозка строительства в зимний период не даст застройщику ничего хорошего, а в некоторых регионах, где большую часть года стоит минусовая температура окружающего воздуха, это и вовсе пагубно скажется на развитии строительной сферы. Поэтому для получения возможности создания конструкций в зимний период используют два основных метода, позволяющих обеспечить полноценное схватывание бетона:

Тепловой (прогрев и обогрев бетонной смеси);

Химический (добавление в состав смеси жидких антиморозных пластификаторов).

Регламент проведения работ в зимнее время

Строительные работы в зимний период проводятся в обязательном соответствии с положениями нормативных документов. Такой вид работ регламентирует СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции», в частности п. 7.57 «Возведение каменных конструкций в зимних условиях», а также СНиП 3.06.04-91 «Мосты и трубы», а именно п. 6.37 «Особенности обеспечения твердения бетона в зимних условиях».

Следуя положениям, приведенным в данных документам, можно построить надежную и долговечную конструкцию в любое время года.

Прогрев и обогрев бетона

Основные методы прогрева в соответствии с документом:

Метод термоса (утепленные опалубки и пароизоляционные материалы);

Предварительный подогрев смеси;

Прогрев преимущественно осуществляется путем введения в смесь греющих элементов. Это позволяет производить работы при температуре до -15°C. Тепловой запас осуществляется при нагреве смеси до 50-70°C, после этого температура сохраняется с помощью пароизоляционных материалов или термоактивной опалубки. По окончанию прогрева конструкцию нельзя резко охлаждать, так как это повлечет за собой повреждения монолита, демонтаж опалубки также должен быть произведен по достижению бетоном определенного показателя прочности.

Использование химических добавок

Для приготовления «зимних» растворов используют добавки преимущественно в виде солей натрия, калия, комплексных присадок, которые снижают количество воды в растворе и выполняют функцию ускорителя процесса твердения. Общий объем добавок в процентном соотношении не должен быть больше 10-15% от объема воды и 5-7% от веса цемента.
Пластификаторы улучшают рассыпчатость твердых составляющих цементного раствора, превращая его в суспензию, устойчивую к замерзанию, а также ускоряют процесс гидратации.

Основные виды противоморозных добавок:

Антифризы. Замедляют процесс кристаллизации воды и слегка уменьшают время схватывания смеси.

Сульфаты. Выделяют тепло, за счет чего прогревают компоненты смеси, обеспечивания наиболее быстрое застывание.

Антиморозные комплексные добавки. Снижают температуру промерзания бетонного раствора за счет химических реакций.

Использование присадок позволяет улучшить пластичность бетона, снизить риск усадки монолита, повысить влагоустойчивость конструкции и увеличить срок службы. Тем не менее, стоит помнить, что химические добавки ядовиты и токсичны, поэтому работать с ними следует очень внимательно, соблюдая требования ГОСТов и Техники Безопасности.

у нашего менеджера по телефону или через форму запроса

Смысл данного метода заключается в том, что внутри бетона создается определенная температура и она удерживается на максимально допустимой величине, до тех пор, пока бетонная смесь не обретет нужную прочность.

Вот несколько способов как добиться нужного результата:

• При использовании данного способа в ход идет тепло, которое выделяется при пропускании электрического тока через смесь. Для подведения электротока используются электроды. Пластины прикрепляют к опалубке, которая соприкасается с бетоном, а после подсоединяют к разным фазам сети. За счет этого между противоположными электродами происходит токообмен и происходит нагревание всей бетонной конструкции.
• Контактный нагрев. В данном случае в ход идет тепло, которое выделяется в проводнике, когда по нему проходит электроток.
• Инфракрасный нагрев. Инфракрасные лучи преобразуются в тепло, когда их поглощает тело.

Данные рекомендации помогут в зимний период года создать прочные бетонные и железобетонные конструкции.

Сложности бетонирования в зимний период

При устойчивой нулевой или отрицательных температурах на строительной площадке существует высокая вероятность изменения агрегатного состояния основного компонента бетона – воды. Кроме физического изменения в материале, это приводит к нарушению протекания химических процессов, в частности, процесса гидратации цемента, обуславливающего нормальное затвердевание смеси. При падении температуры снижается скорость химической реакции: вся несвязанная вода кристаллизуется с увеличением объема на 9%. При возникновении растягивающих напряжений в структуре бетона появляются трещины и, соответственно, растет вероятность разрушения конструкции как при отрицательных температурах, так и после потепления.

Если наличие кристаллов льда в структуре бетона обеспечивает некоторое сопротивление внешним нагрузкам, то после его таяния при повышении температуры выше 0 °С, несмотря на возобновление процесса гидратации цемента, прочность бетона падает. При этом существенно нарушаются сроки набора проектной прочности материала и нарушается его структура.

С этими процессами можно бороться следующими методами:

1. утепление опалубки;
2. укладка бетона в опалубку с подогревом, позволяет на протяжении первых 2 суток обеспечить изоляцию конструкции от воздействия отрицательных температур и завершить процесс нормального формирования цементного камня;
3. прогрев ЖБК с помощью уложенных в опалубку элементов или специального резистивного кабеля, который за счет высокого электросопротивления выделяет достаточное количество тепла для предотвращения развития процессов кристаллизации;
4. прогрев конструкции паром;
5. применение противоморозных добавок при изготовлении бетона позволяет сохранить качество материала при доставке миксерами на строительный объект и в процессе формирования конструкции;
6. использование предварительного подогрева компонентов смеси.

Нарастание прочности бетонов при отрицательных температурах

Прочность бетона до замораживания, % от R28	Увеличение прочности бетона после 28 суток, %
	Температура, °C
	0	-2	-5	-10	-20
0	50-60	20-30	5-10	1-3	1
5-10	40-60	30-40	15	3-5	2-4
15-20	50-70	45-50	20	15	10
30-50	—	—	15	10	8

На современном этапе развития строительных технологий может использоваться комплекс методов для предотвращения затвердевания воды, что способствует нормальному бетонированию в зимний период. Выбор конкретного способа или их сочетания определяется экономическими и технологическими факторами.

НЕКОТОРЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОТАША

Сельское хозяйство

Поташ часто вводится в состав калийных удобрений ( за счет своей высокой концентрации – не более 50% по массе).

Применяется на кислых почвах, используется под зерновые, бобовые, подсолнечник, сахарную свеклу, картофель и пр. Повышает стойкость зерновых и овощных культур к заморозкам.

Огнезащита деревянных конструкций

Одним из самых простых и дешевых материалов, из которого можно получить качественный антиперен*, является поташ. В данном случае пропитка древесины раствором поташа способствует тому, что при горении выделяются гасящие пламя газы ( в основном СО₂ – углекислый газ).

*Антиперен — это вещества, позволяющие материалу сопротивляться воздействию огня.

Использование поташа в качестве огнезащиты рекомендовано инструкцией ВНИИПО « Способы и средства огнезащиты древесины».

Наилучшая огнезащита достигается многократным покрытием ( не менее трех раз) слабоконцентрированного раствора поверхности деревянных конструкций ( т.к. слабый раствор проникает глубже, и образует более толстую огневую защиту). Достаточно использование 10% раствора поташа. Расход на первый слой примерно 1 л/м 2 , на каждый последующий слой расход меньше, за счет насыщения и заполнения пор древесины. Раствор наносится кистью или распылителем на сухую древесину при положительных температурах и относительной влажности воздуха не выше 70%. Перерыв между обработками должен быть не менее 6 часов.

Строительство

В строительстве поташ активным образом довольно давно используется как противоморозная добавка при приготовлении бетонов и растворов. Дело в том, что уже при температуре +15 о С скорость схватывания цемента сильно замедляется, при +5 о С схватывание цемента исчисляется не часами как летом, а несколькими сутками, а при 0 о С и ниже останавливается вообще, и цементный раствор просто замерзает.

Применение противоморозных добавок – один из возможных вариантов зимнего бетонирования на улице ( по СНиП переход на зимний вариант ведения строительных работ производителя при достижении среднесуточной температуры +5 о С или же если в течение суток она опускается ниже 0 о С).

При этом поташ по сравнению с прочими добавками имеет ряд неоспоримых преимуществ:

• Эффективен при очень низких температурах окружающей среды ( до -30 о С), когда многие другие добавки уже не работают.
• Очень хорошая растворяемость, в том числе и в холодной воде, когда некоторые другие добавки просто выпадают в осадок и их применение неэффективно ( при температуре воды 0 о С растворимость 1070 г/л, при +20 о С – 1110 г/л)
• За счет того, что поташ это щелочь – она не разрушает щелочной среды, присутствующей в имеющейся структуре цементного камня. Если концентрация водородных ионов РН снизится меньше 11, то начинается процесс коррозии железной арматуры в блоке. Таким образом, поташ как добавка никоем образом не вызывает коррозии арматуры и прочих закладных строительных элементов.
• Как химическая добавка сам поташ не выводится на поверхность изделий в виде высолов и выцветов.
• Поташ является очень мощным ускорителем схватывания и твердения цемента ( как и большинство прочих противоморозных добавок), но скорость твердения цемента при использовании поташа особенно велика.
• Не горюч, не токсичен, не взрывоопасен. Температура плавления – 891 о С. Класс опасности – 3 ( ГОСТ 10690-73).

В зависимости от температуры окружающей среды ( расчетная температура твердения цементного раствора) предусмотрена следующая дозировка поташа в процентах от массы используемого цемента.

Расчетная температура твердения, о С

Количество добавки, % от массы цемента

Сам поташ растворяется в воде затворения бетона, и в дальнейшем его водный раствор используется в нужной пропорции для приготовления бетонной смеси.

Вместе с тем существует и ряд ограничений при использовании поташа как противоморозной добавки:

• Являясь мощным ускорителем схватывания цемента, в чистом виде поташ удобно использовать при температуре от -5 о С. При плюсовых температурах и при переходе через 0 о С, Ваш цементный раствор с использованием поташа может схватиться быстрее, чем Вы ожидаете. Компенсировать этот фактор возможно, используя замедлители схватывания. Так, например, с поташом очень хорошо сочетается технический лингосульфат ( ЛСТ), который к тому же обладает пластифицирующим эффектом.
• Поташ не совместим с известью, а при повышенных концентрациях в растворе ( >10%) – и с силикатным кирпичом и шлакопортландцементом.
• Малоэффективен при применении в « легких» бетонах, где используются пористые заполнители ( керамзит, перлит и пр.) и отсутствуют пески.
• Не рекомендуется применять в местах, где будет проложена скрытая электропроводка, так как возможно нарушение изоляции проводов.
• Поташ – сильная щелочь. При работе с ним необходимо защитить глаза и кожные покровы ( работать в очках, резиновой одежде, перчатках и обуви). При попадании в глаза необходимо длительное промывание под струей холодной воды.

Дозировка и расход

Количество требуемой противморозной добавки зависит от таких факторов:

• прочность применяемого цемента;
• температурный показатель окружающей среды;
• химический состав защитной смеси.

Сколько потребуется присадки для получения определенной прочности бетонного раствора, представлено в таблице:

Средняя t° воздуха	Количество присадки, % от общей массы	Ожидаемая прочность раствора, % от марки при твердении на морозе, сутки
		7	28
От 0 до-5	2	25	60
От -6 до-10	3	15	45
От -11 до -15	4	5	35