Технология прогрева бетона в зимних условиях

В строительстве термин «зимние условия» не соответствует общепринятому календарному понятию. Началом зимних условий в строительстве определяется двумя факторами: когда среднесуточная температура наружного воздуха падает до +5°С, и в течение суток периодически она может снижаться до нуля.

Зачем прогревать бетон

Особенно такие условия актуальны при укладке бетона в зимнее время. Технология бетонирования в зимних условиях требует особой подготовки. Это вызвано следующими физическими свойствами компонентов бетонной смеси:

• в условиях отрицательных температур вода переходит в лед. Таким образом, в твердом состоянии она не может вступать в химическое соединение с цементом. В итоге не происходит реакция гидратации;
• одновременно в бетонной смеси, при переходе воды в лед, увеличивается ее объем. Этот процесс вызывает повышение внутреннего давления, что может вызвать разрушение замороженного бетона;
• после оттаивания воды и превращение ее в жидкое состояние процесс гидратации может возобновиться, но ранее разрушенные связи в замороженном бетоне зимой уже не восстановятся;
• нарушаются связи между цементным раствором, металлическими элементами армирования бетона и заполнителем. Это происходит потому, что замерзая, вода образует возле арматуры и заполнителей ледяные включения, которые постепенно расширяясь, снижают процесс адгезии.

Перечисленные факторы в конечном результате резко снижают технические параметры бетона (прочность, плотность, стойкость и долговечность). С другой стороны, если свежий бетон уже приобрел стабильное состояние, то вышеупомянутые неблагоприятные условия ему уже не опасны.

Таким образом, при работах с бетоном в зимний период следует создавать такие температурные условия, при которых бетонная смесь приобретет заданную прочность без разрушений структуры.
Следовательно, уход за бетоном в зимнее время заключается в правильном выборе технологии его обогрева.

Для этого разработаны ряд технологических процессов приготовления, подачи и укладки бетона при пониженных температурах. Учитывая специфику каждого процесса можно разработать график прогрева бетона в зимнее время.

Существует несколько способов прогрева бетона в зимнее время:

1. поддержание первоначальной теплоты ингредиентов бетонной смеси. Это значит, что сначала отдельно подогревается вода и заполнитель, а затем приготавливается заливочная смесь. При этом подогрев цемента не допускается;
2. использование тепла, выделяющегося при затвердевании бетона – метод «термоса»;
3. технология прогрева бетона при отрицательной температуре искусственным методом.

Как же прогревать бетон в зимнее время?

Существуют несколько технологий искусственного прогрева бетона зимой. О них далее.

Электродный прогрев.

Это наиболее популярная технология прогрева бетона. Она основана на выделении теплоты в процессе прохождения электрического тока через бетонную массу.

С этой целью в уложенный бетон помещаются электроды по определенной схеме. Расположение электродов должно быть таким, чтобы тепло, излучаемое ими, распределялись равномерно в среде бетонной массы.

Подогрев бетона в зимой производится на пониженном напряжении. Источником электрического тока могут быть понижающие силовые трансформаторы (однофазные или трехфазные), с напряжением вторичных обмоток от 50 до 127 В.

Мощность устанавливается с учетом условий окружающей среды. При низких температурах мощность увеличивается. Для того чтобы поддерживать температуру прогрева бетона в заданных величинах, трансформаторы снабжены регулировочными устройствами, с помощью которых можно регулировать величину тока.

Режим подогрева выбирается исходя из применяемых типов электродов. Наиболее популярные следующие типы электродов:

1. стержневые электроды. Обычно их изготавливают из стальной арматуры. Схема размещения и расчетный шаг определяется таким образом, чтобы участки подогрева перекрывали друг друга;
2. пластинчатые электроды. Такие электроды представляют собой поверхностные пластины, выполненные из кровельного железа или стали. Размещаются на каждой внутренней стороне опалубки. Каждая группа электродов подключается к различной полярности (фаза-ноль). Таким образом, ток начинает проходить по бетонной смеси от одной полярности к другой. Выделяемая при этом теплота будет подогревать бетон. Такие электроды применяются для прогревания слабоармированных конструкций небольших размеров;
3. полосовые электроды. Они размещаются по одну сторону конструкции. При этом разноименные полюса электрической цепи подключаются к рядом расположенным (соседним) электродам. Такая схема обеспечивает периферийный подогрев бетона. Электродная технология нашла применение при зимнем бетонировании плит, стен, полов, имеющих толщину не более 20 см;
   струнные электроды. Этот тип электродов применяется при прогреве бетона в зимнее время участков, длина которых намного превышает их поперечное сечение (колонны, стойки, балки и другие вертикальные сооружения). Для достижения оптимальной температуры прогрева струнные электроды располагаются по центру конструкции. К ним подключается фазный провод. Для создания разности потенциалов, нулевой провод подключается к опалубке. При этом опалубка должна быть металлической или деревянной обшитой кровельным железом. В некоторых случаях нулевой провод подключается к арматуре. В таком случае подогреваются и армирующие стержни.

К схемам подключения и размещениям электродов предъявляются следующие требования:

1. мощность установки должна обеспечить время прогрева бетона до температуры застывания;
2. схема подключения должна быть такой, чтобы максимально можно было снизить расход металла. С этой целью электроды рекомендуются располагать снаружи прогреваемой конструкции;
3. монтаж схемы подключения для прогрева бетона в зимнее время следует проводить до начала заливки.

Инфракрасный прогрев

Этот метод основан на принципе поглощения внешними телами инфракрасных лучей с последующей трансформацией их в тепловую энергию. Для передачи теплоты от источника инфракрасных тел не требуется каких-либо промежуточных устройств. Сначала прогревается поверхность объекта, а затем, за счет собственной теплопроводности теплота распространяется и по внутренней структуре. Такой теплообмен происходит практически мгновенно.
Для прогрева нашли применение инфракрасные генераторы, активным элементом которых являются металлические или кварцевые трубчатые излучатели. Чтобы лучистый поток был направленным, излучатели заключаются в алюминиевые рефлекторы, имеющие плоский или параболический профиль.

Инфракрасный прогрев применяют в следующих случаях:

1. для отогрева арматуры, примороженной к основаниям бетонных поверхностей;
2. для создания тепловой защиты укладываемой бетонной смеси;
   для ускорения процесса затвердевания бетона при монтаже междуэтажных перекрытий;
3. при монтаже стен с использованием различных типов опалубок;
   при сооружении высотных объектов с использованием скользящих опалубок;
4. при заделке рустов между плитами перекрытия;
5. при создании тонкостенных конструкций зданий и сооружений.

Электрическая энергия может поступать от трансформаторной подстанции 0.4 кВ или автономного источника, например дизельной электростанции. При помощи силового кабеля, напряжение подается сначала на распределительный щит, а от него через устройства защиты на каждый излучатель.

Преимущества инфракрасного разогрева:

• не требуется промежуточный понижающий трансформатор.;
• излучатели работают на стандартном напряжении 380/220 В;
• сравнительно незначительный расход электроэнергии.

Недостатки:

• высокая стоимость оборудования при больших объемах бетонных работ;
• инфракрасное излучение вытравливает из бетонной смеси влагу, чем снижает прочность конструкции. Чтобы приостановить этот процесс, следует накрывать зеркало заливки пленкой.

Прогрев с помощью сварочного трансформатора и проводов марки ПНСВ

Как уже отмечалось, что в промышленных масштабах или при больших объемах бетонных работ применяются специальные технологии прогрева бетона. Но очень часто приходится решать задачи укладки бетона в зимних условиях в домашних условиях или при сооружении индивидуальных жилых домов и хозяйственных построек. Для таких целей можно воспользоваться обычным бытовым сварочным аппаратом.

Для этих целей понадобится следующее оборудование:

1. бытовой трансформаторный сварочный аппарат с рабочим током 150-200 А;
2. провода, предназначенные для прогрева бетона (ПНСВ);
3. одножильный электропровод с алюминиевыми жилами;
4. клещи измерительные.

Порядок прогрева состоит из следующих этапов:

1. заготовка греющих петель из провода ПНСВ. Для этого провод разрезается на отдельные отрезки. Каждый отрезок маркируется. Например, один конец отрезка маркируется белой изоляционной лентой, а другой — синей;
2. закрепление отрезков к арматурному каркасу. Крепление должно быть выше середины заливаемой плоскости. Рекомендуется провод подвязывать «змееобразно». Расстояние между отдельными петлями устанавливается в зависимости от температуры наружного воздуха по принципу – «чем ниже температура, тем меньше расстояние»;
3. собирается схема разогрева. Это делается алюминиевым проводом. Для этого собираются в одну группу все концы греющего провода, маркированные белой изоляционной лентой, и соединяются с питающим проводом, который подключается к одному из полюсов трансформатора. Концы, маркированные синим цветом собираются аналогично и подключаются к противоположному полюсу. Таким образом, схема прогрева бетона и арматуры при зимнем бетонировании готова к работе;
4. включается сварочный аппарат. При этом сначала регулятор тока выставляется на самый малый рабочий ток;
5. измерительными клещами определяется рабочий ток в каждой из петель. Он должен быть не более 12-14 А. Если он отличается от заданной величины, то при помощи регулятора доводится до нормы.
6. через час работы ток петли можно довести до 25 А;
7. составляется график надзор за режимом прогревания;
8. по окончании застывания бетона, отключается напряжение и разбирается электрическая схема.

Прогрев с помощью специальной опалубки

Специальные опалубки представляют собой термоактивные конструкции, в тело которых монтируются ТЭНы. В целях безопасности нагревающие элементы надежно изолируются от корпуса опалубки. Опалубка собирается из отдельных щитов, каждый из которых имеет индивидуальную маркировку. Щиты отличаются между собой электрическими параметрами (мощностью, силой тока и напряжением). Технические характеристики щита указываются на его паспортной табличке.

Для сохранения тепла, опалубки предварительно укрываются шлако- или стекловатными утеплителями.

Чтобы предотвратить утеплитель от увлажнения и механических повреждений, щит комплектуется фанерной крышкой.
Опалубка на объекте бетонирования собирается в единый блок из отдельных щитов. Небольшие щиты собираются вручную. Для подогрева больших площадей применяются укрупненные панели, которые собираются в блоки грузоподъемными механизмами.
Для подключения собранной опалубки к электрической сети служат специальные узлы управления. Они состоят из понизительных трансформаторов, системы электроснабжения и щита управления. Кроме этого, на объекте предусмотрены помещения для дежурного электрика или оператора.

Если температура наружного воздуха меньше +5° С, то перед укладкой бетона следует предварительно прогреть арматуру и ранее залитый бетон. Для этого поверхность бетонирования сначала накрывается урывочным материалом для бетона в зимнее время (брезентом, пленкой или тепляками) и на короткое время включается опалубка.

Преимущества специальной опалубки:

• простота конструкции и возможность быстрой ликвидации неполадок и замены повредившихся ТЭНов;
• универсальность, что позволяет сколько угодно, без ограничений использовать опалубку на различных объектах;
• простота в эксплуатации;
• позволяет работать с бетоном при температурах до -25° С;
  за счет беспрерывного бетонирования сокращается срок строительства;
• возможность поддержания времени заданного технологического процесса, обеспечивающего оптимальную температуру застывания бетона. Это достигается с помощью глубокого регулирования температуры.

К недостаткам относится высокая стоимость конструкции и сложности при прогреве участков со сложной конфигурацией.

Бетонирование без прогрева

Любой из перечисленных способов подогрева бетона требует специальной подготовки, и главное наличие оборудования. Следовательно, все такие технологии затратные. Поэтому многие застройщики ищут варианты заливки бетона при пониженных температурах без применения искусственного подогрева.
Как уже отмечалось, что подогрев в зимних условиях необходим, для того, чтобы раствор при положительной температуре успел затвердеть. Другими словами необходимо создать условия, чтобы прочность бетонной смеси составила не менее 70%.
В строительстве существуют технологии заливки бетона без подогрева. Например, марочную прочность раствора можно достичь и за счет добавления в его структуру противоморозных добавок.

Каждый вид добавок выполняет определенные функции и применяется от ситуативных условий в период строительства.

Существуют следующие виды добавок:

• ускоряющие. Это модификаторы сокращающие время достижения 60% прочности бетонной смеси;
• замедляющие. Применяются в тех случаях, когда наоборот возникает необходимость замедлить скорость затвердевания. Они применяются, когда раствор доставляется на строительную площадку уже предварительно подогретый;
• воздухововлекающие. Модификаторы добавляются в бетонный раствор, в состав которого входят крупные фракции гравия или щебня. Добавка способствуют провоцировать химическую реакцию с выделением воздушных пузырьков. Такой процесс компенсирует нагрузки при застывании бетона, за счет чего минимизируются риски разрушения смеси при низких температурах;
• противоморозные. Ускоряют процесс испарения избытка влаги из бетонной смеси. При этом бетон быстро набирает прочность.

Существует еще один простой способ. При температурах не ниже пяти градусов можно с подветренной стороны разжечь костер. Однако такой способ можно применить только на небольших площадках. Более того, костер обогревает участок бетонирования неравномерно.
Следует учесть, что в случае применение добавок или использование костров зеркало бетонирования обязательно следует утеплять укрывочным материалом.