Типичные ошибки при прогреве бетона или как не испортить бетон
Заливка и прогрев бетона
У бетона, как и у любого другого строительного материала, есть не только огромнейшие плюсы, но и много минусов. Особенно это касается выполнения бетонных работ в условиях низких температур. Ведь строители продолжают возводить различные конструкции и зимой. Как показывает практика, многие портят материал. А ведь поведение бетона в критических для него условиях вполне предсказуемо.
Во-первых, он не способен затвердеть так, как полагается по нормам. Во-вторых, может замерзнуть в период схватывания.
Все это очень опасно. Ведь материал, меняя структуру, утрачивает важнейшие свойства, а самое главное – прочность. Что чревато разрушением возводимой бетонируемой конструкции.
Какие условия следует обеспечить, если градусник показывает минус 5 градусов и ниже или на улице минимальная суточная температура — ниже нуля? Какие шаги предпринять для правильного затвердевания свежеуложенного бетона? Что делать?
Первое, во избежание подобных ошибок, следует разобраться со всеми процессами, происходящими в бетоне. Второе, остановиться на самом верном и выгодном способе прогрева бетона.
Способы прогрева бетона
Есть несколько способов обойти температурные ограничения. Одни из них трудозатратны, другие стоят дорого или не могут обойтись без участия высококлассных специалистов (например, индукционный или инфракрасный).
Чтобы ускорить строительство и избежать при этом замерзания бетона, строители применяют электропрогрев бетона. Электродами, которые погружаются в залитый бетон и подключаются к сети переменного тока, греющими проводами, когда высокоомный кабель укладывают во время подвязки каркаса из арматуры.
Самые частые ошибки при твердении и прогреве бетона
Решив использовать тот или иной способ прогрева, строители допускают ошибки, которые в будущем решат судьбу всего сооружения не в его пользу. При прогреве электродами обычно фиксируются разные ошибки. Назовем самые частые, типичные их них.
Ошибка первая – электроды некачественно контактируют с бетоном. Это чревато несвоевременным отключением электропрогрева. Работы, связанные с бетонированием рискуют сорваться из-за того, что плохое вибрирование бетонной смеси может спровоцировать появление воздушных пузырьков. Когда бетон частично контактирует с поверхностью электрода, в этих местах увеличивается удельное сопротивление и происходит закипание воды. В результате появляется пар, который блокирует поверхность, в итоге, ее прогрев не осуществляется.
Ошибка вторая – смещение элементов и контактирование с арматурой. Устанавливая разнофазные электроды, строители могут сместить их, даже не подозревая об этом, и допустить соприкосновение с арматурой. Если это произойдет, замыкания не избежать — провода расплавятся, перегорят и выведут из строя трансформатор.
Ошибка третья — выгорание электродной стали и вскипание бетона, в случае, когда плотность тока повышается в приэлектродной зоне. Здесь происходит ряд процессов, которые влияют на итоговую марочную прочность материала. Возможен локальный перегрев, обезвоживание бетона, процесс гидратации замедляется и образуется пористая структура бетона.
Вскипание бетона при электродном прогреве
При использовании греющих проводов (ПНСВ). При этом методе также допускается несколько ошибок. Вот самые распространенные из них.
Ошибка первая — отключение нагревательного элемента, вызванное его повреждением или обрывом. Это происходит в тех случаях, когда специалисты не проверяют целостность проводов и не контролируют процесс подключения схем питания нагревательных элементов. В итоге, какая-то часть бетонной конструкции лишена внешнего источника тепла. За счет чего меняется температурный режим твердения и не обеспечивается равномерный прогрев. Из-за такой ошибки, неравномерно прогретые части конструкции промерзают, на них появляются трещины, щели, углубления. В итоге бетон не добирает прочности и, как результат, конструкции постепенно разрушаются.
Ошибка вторая — нарушение правильности укладки проводов и их изоляции. Этим грешат многие, укладывая греющий провод. Первое, надо знать о том, что нельзя допускать излишней длины элемента. Это чревато не только его перерасходом, а и более плотной навивкой в теле конструкции, отсутствием подачи достаточной погонной нагрузки на греющий провод. В итоге, скорость прогрева бетона падает, а продолжительность работ увеличивается. Нельзя и уменьшать длину провода. Ведь в этом случае перегревается не только сам бетон, а и греющие элементы – изоляция плавится, а значит, короткое замыкание обеспечено. Среди минусов такого способа называют трудоемкость процесса, привязку к сложным расчетам, подводку более крупных мощностей электроэнергии для прогревания больших площадей.
Какой метод прогрева бетона лучше?
Не беда, если вам никто не сможет помочь и поддержать на этом этапе, а вы не уверены в том, что сами одолеете процесс. Чтобы подготовить все для прогрева свежеуложенного бетона электродами или проводом ПНСВ, воспользуйтесь одним из следующих способов.
Например, укройте бетон тентом. Это отличный выход при небольшом морозе. Но, что, если мороз крепчает, сроки окончания строительства поджимают, а тент не спасает ситуацию?
Универсальный подход к решению задачи — применение термоэлектроматов.
Прогрев бетонной стяжки термоэлектроматами
В чем состоят преимущества именно этого способа прогрева бетона.
Безопасность. Здесь исключен человеческий фактор, а значит, и любые ошибки, которые обычно допускает технический персонал. Никому не надо думать и о режиме прогрева. Прогрев проходит в автоматическом режиме. Термовыключатели встроены в каждый сегмент изделий. Высокий класс защиты от поражения током – это гарантия отсутствия опасных ситуаций.
Надежность. Работа матов, покрытых уникальным греющим слоем, осуществляется без остановок, независимо от влажности и температуры (минус 40 в зимние месяцы и плюс 40 — в летние). Если термомат не годен, он заменяется с сохранением качества всей конструкции. Кстати, сплошные нагревательные элементы за счет повышенной термостойкости более долговечны.
Равномерный прогрев. Его сложно добиться с использованием проводного или электродного способа прогрева. А термоматы способны поддерживать на всей площади одну и ту же температуру, не допуская появления зон локального перегрева. Более того, изделия последнего поколения могут прогревать бетон даже с помощью дистанционного управления, т.е. удаленно.
Увеличение темпов строительства и сдачи возводимых объектов. Ведь в идеальных условиях бетон может достичь за 10 часов той же прочности, что и за 28 суток при обычных условиях. Но в этом случае обойдется без температурных трещин, а значит, изделия и сооружения с их участием прослужат намного дольше.
Сокращение возможных издержек. Термоэлектроматы являются более экономичным методом прогрева бетона, т.к. при работе с ними (до 20%) сокращаются издержки. Во-первых, их регулярно отключает термовыключатель. Во-вторых, экономию обеспечивает глубокое проникновение в смесь ИК-излучения, т.е. обогревается не воздух, а только бетон. В-третьих, использование изделий в любое время года позволяет в разы сокращать издержки на оплату труда. Кроме того, ускоряя производство, вам не придется тратиться на приобретение дорогой техники.
Простой монтаж и перевозка. Удобные, относительно легкие и оперативно перевозимые секции очень просто и компактно укладываются на только что уложенный бетон. Плюс ко всему, они легко соединяются и отсоединяются.
Термоматы обладают саморегулирующим эффектом. Это значит, что когда повышается температура, сопротивление греющего слоя увеличивается. За счет этого:
Температура выше, а мощность ниже. Вы сможете решить основные проблемы, которые возникают при электрообогреве.
Снижается риск перегрева. В случае его возникновения, пленка сама снижает мощность, что предотвращает перегрев.
Экономятся средства за счет оптимальной скорости нагрева и снижения мощности в постоянном режиме.
Пленка с саморегулированием заменит несколько обычных пленок с разными мощностями. При включении пленка имеет мощность в 220Вт/м² и плавно нагревает поверхность, на которую уложены термоматы. По мере нагрева потребляемая мощность постепенно понижается до 180 Вт/м².
Получается такой эффект: с повышением температуры уменьшается мощность, следовательно, энергопотребление снижается. Инфракрасная пленка переходит в режим экономии. Термоматы выходят из режима интенсивного нагрева и переходят в рабочий режим поддержания заданной температуры.
Электросчетчик начинает медленней крутиться. Что экономит ваши деньги. Уменьшается расход денежных средств на оплату обогрева.
Саморегулирующаяся инфракрасная пленка, применяемая в термоматах, имеет следующие преимущества в сравнении с кабелями и проводами:
Каждый ответственный за своевременную сдачу строительного объекта в эксплуатацию может быть уверен, что при правильном использовании термоэлектроматов в зимних условиях ошибки при бетонировании исключены. Этот метод прогрева не разрушает бетон. Уникальная система сама отрегулирует режим твердения бетона, сделав тепловое поле равномерным. Все, что вам останется сделать, так это расположить термоэлектроматы поверх бетона и включить в электросеть.
Разрушение бетона
Вечных, неразрушаемых стройматериалов не существует. Бетон долговечен, но так же может разрушаться из-за динамических нагрузок, вследствие нарушения технологии, из-за условий эксплуатации или под воздействием внешних факторов.
Защита бетона должна начинаться еще на этапе строительства. В это время проводятся мероприятия, предупреждающие возникновение нарушений, исправляются появившиеся дефекты. Во время эксплуатации проводится защита бетона от разрушения внешними факторами, усиливается несущая способность элементов и конструкций, восстанавливается внешний вид. Для того чтобы повысить качество ремонтных работ, гарантирующих долговечность, необходимо понимать причины разрушения и правильно подбирать способы и материалы для восстановления.
Что разрушает бетон
Все причины, вызывающие разрушение материала, разделяются на:
Каждая из этих причин требует отдельных видов ремонтных работ.
Физические факторы
При замерзании и оттаивании вода, попавшая в бетонные поры, создает напряжение, взламывающее материал. Избежать подобных последствий можно, сократив микропористость капилляров на этапе изготовления раствора, добавляя воздухововлекающие и морозостойкие добавки, регулирующие соотношение воды и цемента.
Трещины в бетоне появляются и под воздействием высокой температуры. Разрыв вяжущего вещества с заполнителем, различная скорость расширения арматуры и бетона при проливке водой при пожаре или в других случаях, при которых возникает образование извести с быстрой конденсацией пара, приводит к растрескиванию и разрывам в материале.
Только использование формул расчета позволит бетону в таких условиях не замерзать, а набрать все необходимые качества.
Еще одна причина растрескивания бетона – усадка, как гигрометрическая, так и пластическая. Пластическая усадка возникает при укладке раствора или в первые дни после этого из-за быстрого испарения влаги. При этом могут образовываться как серьезные повреждения, вызывающие расслоение бетона, так и волосяные трещины (которые так же называют нитяными и микротрещинами). Избежать такого эффекта можно смачиванием бетона до окончательного застывания или нанесением защитной пленки.
Гигрометрические усадки появляются после того, как бетон окончательно схватился. Предотвратить появление подобных дефектов можно добавляя в раствор пластификаторы, снижающие содержание воды, как покупные, так и сделанные своими руками. Чем меньше воды в бетоне, тем меньшую усадку он покажет.
Химические факторы
Нарушения целостности бетона, вызванные химическими реакциями, происходят из-за процессов, происходящих между вяжущими составами и внешней средой. При этом возникают щелочи, хлориды и сульфаты, углекислота, из-за которой образуется карбонат кальция, выщелачивающий воду.
В результате понижения (до 10pH) щелочной (или повышения кислотности) среды разрушается защитная пленка арматуры, происходит коррозия металла. Вокруг таких мест бетон вспучивается, расслаивается и может даже отламываться. В итоге кислород и влага получают доступ к еще больше внутренней площади конструкций и разрушения продолжаются. От коррозии, возникающей из-за воздействия карбонатом, возникают самые объемные деформации.
Для того чтобы не допускать подобной ситуации, необходимо проводить ремонт трещин и диагностировать материалы на присутствие карбоната. Такая проверка проводится при помощи цветового теста фенолфталеином: после нанесения такого раствора бетон, не подвергшийся вредному воздействию, краснеет, а испорченный принимает другую расцветку.
Диагностика разрушений бетона карбонатами основана на цветовом тесте. После нанесения 1% раствора фенолфталеина, не карбонизированный бетон краснеет, карбонизированный не меняет цвет.
Еще один химический процесс, нарушающий строение бетона – выщелачивание. Он происходит под воздействием воды, особенно если в ее состав входит серная или углекислота. Диагностику этого процесса можно провести только визуально – других методов не существует. Если вредный для бетона процесс начался, будет виден заполнитель без цементного камня.
Химическое растрескивание бетона может происходить из-за присутствия в растворе ангидридов и гипса (естественных примесей). Анализ нарушений можно провести только в лабораторных условиях.
Отдельный вид химических разрушений происходит под воздействием морской соли. Такие нарушения структуры выявляются лабораторно или цветовым тестом.
В некоторых заполнителях может содержаться кремнезем, который провоцирует химическое разрушение бетона. В таком случае образуется гель, который очень сильно расширяется, вызывает появление трещин, вспучивание и прорыв отдельных участков. Определить такие нарушения можно визуально – поврежденный бетон вспучивается и растрескивается под давлением, идущим изнутри.
Механические факторы
Такие нарушения целостности бетона возникают из-за постоянных механических нагрузок, которые испытывают, к примеру, бетонные полы. Стойкость материалов повышается внесением в верхние слои цемента, включающего твердые добавки или полимеры.
Ударное воздействие приводит к надламыванию хрупких стыков и кромок швов. Повышение ударостойкости достигается армированием стальными волокнами и шовными герметиками.
Эрозия, возникающая под воздействием ветра, оледенения и других внешних факторов предотвращается защитой поверхности бетонных конструкций.
Могут нанести большой вред бетонным поверхностям плесень и грибок, появляющиеся в помещениях с повышенной влажностью и низкой температурой. Избавиться от них можно использованием специальных смесей для ремонта, содержащих антигрибковые добавки, специальной грунтовкой или пропитками.
С причинами, вызывающими разрушение материала, появлением трещин, вспучиванием и расслоением можно бороться множеством методов:
При выборе средств и методов, применяемых для ремонта бетона, следует обязательно учитывать причины, вызвавшие разрушение поверхности. Это поможет эффективно устранить или предотвратить дефекты, которые могут привести к полному разрушению конструкции.
Защита бетонов от факторов техногенной агрессии
В современном мире почти невозможно добиться того, чтобы здания и сооружения не подвергались влиянию факторов техногенной агрессии.
Бетонные и железобетонные сооружения, как правило, эксплуатируются под открытым небом; в промышленных и технических помещениях они также могут подвергаться различным агрессивным воздействиям.
В таких условиях может происходить так называемая коррозия бетона — постепенное разрушение структуры материала, сопровождающееся прогрессирующим снижением технических характеристик.
Для того, чтобы предотвратить возникновение аварийных ситуаций, используются различные методы защиты бетона от коррозии, которые выбираются в зависимости от разных факторов. Рассмотрим основные методы защиты бетона.
Требования к защите от коррозии строительных конструкций при воздействии агрессивных сред с температурой от –70°С до плюс +50°С регулируются СП 28.13330.2017.
Агрессивные влияния на бетон
Внешние воздействия и агрессивные среды классифицируются следующим образом:
Если на конструкцию одновременно воздействуют несколько различных агрессивных сред, то степень воздействия определяют по наиболее агрессивной.
Как определить степень агрессивности сред
Уровень агрессивности сред определяется в соответствии с нормативными документами либо на основании произведенных исследований.
Также следует учитывать, что при повышении температуры эксплуатации на каждые 10°С свыше 20°С, степень агрессивности увеличивается на один уровень.
Для массивных малоармированных конструкций степень агрессивного воздействия уменьшают на один уровень.
При комбинации влияния агрессивных сред и механического воздействия (например, истирания и влажности), степень агрессивного воздействия повышается на один уровень.
Виды коррозии бетона
Существует несколько видов коррозии бетона, каждый из которых обусловлен влиянием тех или иных агрессивных внешних воздействий.
Химическая коррозия
Данный вид коррозии возникает в результате воздействия химических сред. В зависимости от того, какие вещества воздействуют на бетон, химическая коррозия бывает:
О химической коррозии имеет смысл говорить не только в контексте бетона, который используется при строительстве промышленных предприятий. Природные воды и влага атмосферных осадков могут содержать соли, щелочи, кислоты, что происходит в результате попадания в атмосферу и в водоемы выбросов промышленных предприятий (техногенный фактор).
Растворение гидроксида кальция (выщелачивание)
Гидроксид Са или негашеная известь может попадать в бетон в процессе замеса или обработки бетонных смесей. Впоследствии, при воздействии влажности, гидроксид кальция легко растворяется водой и вымывается из бетона, ослабляя его структуру. На поверхности бетона при этом появляются высолы.
Некоторые факторы усиливают процессы вымывания гидроксида кальция:
Вода, при условии постоянного воздействия, для бетона является агрессивной средой.
Кислотная коррозия бетона
Кислотная коррозия обуславливается воздействием кислот. Природные воды могут содержать соляную, серную, азотную и другие минеральные, а также органические кислоты.
Щелочные составляющие бетона вступают в химические реакции нейтрализации с кислотами с образованием легко растворимых солей. Вымывание солей ослабляет и разрыхляет структуру бетона.
Особенно нежелательны реакции с образованием гидросульфоалюминатов, кристаллы которых, в процессе своего роста, приводят к нарастанию внутренних напряжений в бетоне.
Солевая коррозия бетона
Этот вид коррозии может быть спровоцирован неумеренным применением солей в качестве противоморозных добавок. Появляющиеся в итоге гидратированные соединения в условиях высокой влажности могут расширяться, что приводит к появлению трещин в бетоне.
Биокоррозия
Биологическая коррозия бетона вызывается воздействием органических кислот, которые содержатся в продуктах метаболизма разнообразных грибов, плесени, бактерий, мхов, лишайников. Их развитие возможно в результате воздействия влажности на бетон.
Физическая коррозия бетона
Вызывается как механическими воздействиями (истирание, вибрация), так и циклами «замораживание-оттаивание».
Радиационная коррозия бетона
Радиационное облучение бетонных конструкций приводит к удалению кристаллизованной воды из структуры бетона, что приводит к появлению трещин и снижению прочности материала.
Меры защиты бетона
Основные методы защиты бетона от коррозии подразделяют на первичные, вторичные и специальные.
Для слабоагрессивной среды обычно применяют первичную защиту и, в некоторых случаях, вторичную. Для средне- и сильноагрессивной среды — первичную, вторичную и, при необходимости, специальную.
Мероприятия по защите бетона определяются на предпроектной и проектной стадиях, а также в процессе строительства, реконструкции и непосредственной эксплуатации зданий:
Методы первичной защиты
Требования к бетонам, которые будут эксплуатироваться в условиях воздействия агрессивных сред, определяются нормативной документацией.
К мерам первичной защиты бетона относят следующие:
Уход за бетоном после бетонирования
Уход за бетоном после бетонирования – очень важная операция для обеспечения качества замоноличенных конструкций. От правильного ухода за бетоном зависит и прочность бетона, и появление или не появление трещин, и поведение этой конструкции в дальнейшем при эксплуатации. Поэтому уход за бетоном должен стоять на первом месте после его укладки и уплотнения.
В чем заключается уход за бетоном и для чего он делается?
Уход за бетоном предполагает создать такие условия твердения, чтобы:
В чем заключается уход?
Уход за бетоном заключается в:
Таким образом, уход за бетоном сводится к решению двух важных задач:
Предотвращение испарения влаги с поверхности бетонной конструкции и из бетонной смеси
Почему вообще возникает необходимость защищать свежезалитую и уплотненную бетонную смесь от испарения влаги не только с ее поверхности, но и из самой бетонной смеси?
Для начала определимся, что такое бетон? В качестве структурных элементов бетонной смеси различают: цементный камень, крупный заполнитель и песок.
После затвердевания бетонной смеси структура тяжелого бетона представляет собой цементный камень с втопленными в него зернами заполнителя, имеющий множество пор и пустот разных размеров и происхождения.
Разберем, что же такое гидратация цемента, какую роль она играет в производстве бетона.
Гидратация цемента
Гидратация цемента – химическая реакция цемента с водой, в процессе которой жидкий или пластичный цементный клей (цемент + вода) превращается в цементный камень. Первая стадия этого процесса называется загустеванием или схватыванием, вторая – упрочнением или твердением.
Процесс гидратации цемента – самый важный и решающий во всем производстве бетонной конструкции. Изменение любого свойства бетона определяется именно этим процессом. То, в каких условиях происходит процесс гидратации, определяет изменение как структуры бетона, так и его свойств.
При затухании и окончании процесса гидратации, затухают и стабилизируются во времени все изменения свойств бетона.
Само по себе цементное тесто, которое превращается в цементный камень – гигроскопическое вещество (способное поглощать водяные пары из воздуха) так как частицы цемента обладают гидрофильным характером (способностью хорошо впитывать воду), а в самом цементном тесте присутствуют микропоры.
В процессе гидратации цемента в цементном камне возникают крупные капиллярные поры, образовавшиеся при приготовлении цементного теста.
Почему появляются поры в цементном камне?
Дело в том, что для полной гидратации всех цементных минералов, то есть, для того, чтобы цемент полностью прореагировал с водой, воды необходимо примерно 18% от массы цемента (водоцементное отношение В/Ц = 0,18). Но для того, чтобы получить подвижную, а значит и удобоукладываемую смесь, воды добавляется намного больше, и значение водоцементного отношения в большинстве случаев варьируется от 0,4 до 1 (В/Ц = 0,4 ÷ 1). То есть, воды добавляется в 2 ÷ 4 раза больше, чем нужно для нормального затворения цемента.
Что происходит с лишней водой, которая не пошла на гидратацию цемента? Она испаряется, и на месте испаренной воды образуются капиллярные поры, доступные для миграции влаги. А основной закон прочности каменных материалов: кривая зависимости прочности от пористости носит гиперболический характер – чем больше пористость, тем меньше прочность.
К тому же, в процессе гидратации происходит перераспределение качества воды: за счет уменьшения количества свободной или капиллярной воды увеличивается количество химически и физико-химически связанной воды. То есть, для того, чтобы нормально происходила гидратация цемента, необходимо достаточное количество свободной воды.
ГОСТом предусмотрено определять нормативную прочность бетона в возрасте 28 суток. При этом он должен твердеть при нормальной температуре 20 ± 2°С и относительной влажности окружающего воздуха 90-100%.
Фактическое содержание воды в цементном камне зависит от влажности окружающей среды. Если относительная влажность воздуха падает ниже 50%, капиллярные поры быстро осушаются, необходимая для гидратации цемента свободная вода испаряется.
К тому же, при достаточно жаркой погоде, да еще и с ветром, быстрое испарение воды с поверхности бетона может привести к пластической усадке и образованию усадочных трещин в бетоне. Подробнее об этом можно прочитать в статье «Усадочные трещины в бетоне».
Таким образом, повышенная температура наружного воздуха (более 20°С) и пониженная относительная влажность (менее 50%) вызывают не только быстрое испарение воды с поверхности конструкции, но и «вытягивание» воды из тела бетона через поры, а также ее растрескивание. Следовательно, в таких условиях или не следует бетонировать конструкцию вообще, дождаться более благоприятных условий, либо следует предпринять защитные меры: нужно любым способом сохранить влагу в бетоне.
Защитные меры для предотвращения испарения воды
Для обеспечения сохранности воды в бетонной смеси и в твердеющем бетоне, необходимо забетонированную конструкцию закрыть водонепроницаемым или пароизоляционным материалом. Для предотвращения образования волосных трещин на поверхности при высыхании следует предотвратить потерю воды даже до схватывания бетона.
Поскольку бетон в данное время малопрочен, необходимо покрыть его поверхность. Эта защита требуется только в сухую погоду, но может также применяться для предохранения поверхности свежего бетона от дождя.
В настоящее время для этих целей чаще всего применяют герметические пленки или водонепроницаемую бумагу.
Однако, пленка эффективно предохранит бетон от испарения воды, но не допустит проникания воды для пополнения потери последней в результате самоусыхания.
Поэтому, когда бетон схватился, особенно при бетонировании летом, в жарких условиях, необходимо более интенсивно обеспечить увлажнение бетона в твердеющих конструкциях. Влажное выдерживание обеспечивается контактом бетона непосредственно с водой. Это может быть достигнуто распылением или поливкой, а также покрытием бетона мокрым песком или землей либо древесными опилками или соломой. Можно применять периодически увлажняемые хлопковые маты или маты из пеньки и джута, пропитанные битуминозным составом.
Как поливать бетон
— при температуре +15 и выше полив конструкции продолжают в течении 10-15 дней (до набора конструкцией 70% прочности);
— при температуре +10 полив продолжают в течении 5-10 дней.
Регулирование тепловыделения массивных бетонных конструкций
Если конструкция массивная, например, монолитная фундаментная плита или монолитное перекрытие, необходимо предусмотреть плавный подъем температуры в бетонной смеси при его твердении.
При твердении, то есть, при гидратации цемента, происходит выделение тепла, так как схватывание и твердение цемента – процессы экзотермические. Из-за того, что теплопроводность бетона сравнительно низкая, то внутри массивных бетонных конструкций гидратация приводит к значительному подъему температуры.
Главная масса тепла выделяется в течение первых 3-7 суток твердения цемента.
В течении 7 суток с момента затворения цемента водой 1 кг цемента марки 300 выделяет в бетоне более 30 Ккал тепла, а цемент марки 500 – более 50 Ккал.
В массивных конструкциях этому теплу деваться некуда. Разогревается вся конструкция, особенно на глубине, в середине, и даже доходит до верха поверхности. Температура может достигать достаточно высоких значений: 50 — 70°С, иногда и 80°С, и может снижаться в течении нескольких месяцев, если не предпринять меры.
Почему нужно предпринять меры, чтобы температура не превышала каких-то значений? Прежде всего это нужно для того, чтобы не допустить градиента температуры между средним слоем и поверхностью.
Градиент температуры: при различной температуре разных участков тела возникает самопроизвольный перенос тепла от участков с более высокой температурой к участкам с низкой температурой. Возникновение процесса вызывается свойством, которое называется теплопроводностью.
Если этот градиент будет превышать 20-30°С, то может произойти разрыв структуры бетона, появление не только внутренних трещин, которые могут впоследствии залечиться, но и внешних трещин. То есть, пойдет интенсивное трещинообразование, что не допустимо ни для каких конструкций.
К тому же, повышение температуры свежеуложенного бетона приводит к более быстрой гидратации цемента, а, следовательно, к ускоренному схватыванию и меньшей прочности затвердевшего бетона.
Каким образом в таких конструкциях добиваются снижения температуры?
При бетонировании в жаркую погоду могут быть применены некоторые меры еще в процессе производства бетона, снижающие его температуру. Так, чтобы снизить теплоту гидратации, необходимо до минимума сократить содержание цемента в бетонной смеси. Также, для замеса можно использовать лед вместо некоторого количества воды. Однако при этом необходимо следить, чтобы до окончания перемешивания бетонной смеси лед полностью растаял.
Способы ухода за бетоном на площадке
Прежде всего, после укрытия поверхности паронепроницаемым материалом, наливают на эту поверхность холодную воду. Либо насыпают опилки и поливают их водой, либо наливают холодную воду и после ее нагрева, меняют снова на холодную.
Не менее важно и предотвратить резкое снижение температуры бетона. Разница в температуре поверхности и в среднем слое не должна превышать 20-30°С, в зависимости от массивности конструкции. Главное обеспечить скорость подъема температуры и скорость снижения температуры.
Скорость снижения температуры не должна быть резкой. Она обычно составляет 1-2°С в час, а для некоторых конструкция – за сутки 12-13°С. Это указывается в технологическом регламенте в зависимости от массивности конструкции, применяемых материалов и т.д.
Для обеспечения медленного снижения температуры применяются различные способы. Если вдруг температура падает слишком быстро, (обычно это бывает, когда температура воздуха резко понизилась, и поверхность остывает очень быстро и разница между температурой на поверхности и температурой внутри конструкции — очень велика, чего нельзя допускать), то на поверхность бетонной конструкции необходимо уложить теплоизоляционные материалы.
Чаще всего это рулонные теплоизоляционные материалы, например, минераловатные плиты. Это позволяет сохранить тепло на поверхности конструкции, и тогда разница между температурами наружного слоя и внутреннего будет стремиться к минимальной. Если не хватает одного слоя теплоизоляции, добавляют следующий слой.
Уход за бетоном предусматривает знание температуры. Каким же образом узнать температуру бетона? Необходимо предусмотреть измерение температуры в процессе твердения бетона в конструкции.
Для измерения температуры бетона используются различные приборы: технические термометры, термопары, электронные приборы. Температура в первые сутки после заливки бетонной смеси измеряется каждый час, но не реже, чем каждые два часа. Последующие сутки измерение производится раз за 8 часов. Эти температуры обязательно записываются, и как только они выходят за пределы допустимого, применяются меры для того, чтобы эту температуру сбить.
Для того, чтобы померять температуру внутри конструкции при бетонировании вставляются специальные отверстие-образователи (полимерные трубочки), в которые затем можно опустить термометр и термопар.
Отверстие-образователь — это полимерные трубочки, в которые можно опустить термометр для замера температуры бетона
Обычно измерение температуры производится в нескольких местах конструкции, но не реже, чем на 8 метрах поверхности. То есть, каждые 8 метров конструкции обязательно должны делать отверстия для измерения температуры.
Если говорить про зимнее время бетонирования, то там главная задача – обеспечить твердение бетона до приобретения критической прочности. Это та прочность, при которой влияние низких температур не будет носить отрицательный характер. Как правило, критическая прочность достигается в течении 3-7 суток. В этот период необходимо обеспечить бетону условия, при которых он твердеет, то есть, обеспечить нужную температуру твердения. А эта температура не ниже +5°С.
При отрицательной температуре наружного воздуха требуется прогрев конструкции. В некоторых случаях обходятся без прогрева, используя внутреннее тепло гидратации цемента. И здесь условия для лета и зимы разнятся. Летом процесс гидратации опасен для бетона, а зимой – играет на руку строителям, поскольку внутреннее тепло можно сохранить, использую термоосмас (наподобие термоса). Благодаря этому конструкция подогревается.