Метод термоса при зимнем бетонировании кратко

Обновлено: 05.07.2024

Технические рекомендации
по технологии бетонирования безобогревным способом монолитных конструкций
с применением термоса и ускоренного термоса

Дата введения 1999-01-01

ВНЕСЕНЫ Управлением развития Генплана

УТВЕРЖДЕНЫ Первым заместителем руководителя Комплекса перспективного развития города Е.П.Заикиным 25 декабря 1998 года

Рекомендации по технологии бетонирования безобогревным способом монолитных конструкций с применением термоса и ускоренного термоса разработаны лабораторией сборного домостроения НИИМосстроя (к.т.н. Ф.С.Белавин, научные сотрудники З.И.Глухова и И.Р.Младова) при участии Мосстройлицензии (Ю.П.Емельянов).

Метод термоса основан на использовании тепла, вводимого в бетон путем прогрева материалов или бетонной смеси до ее укладки в опалубку, и экзотермического тепла, выделяемого цементом в процессе твердения бетона.

Ускоренный термос - это условное название технологии бетонирования монолитных конструкций без предварительного прогрева исходных материалов или бетонной смеси за счет введения в нее противоморозных добавок, что позволяет: снизить критическую прочность бетона в конструкциях с ненапрягаемой арматурой; сократить время выдерживания конструкций до снятия ненесущей опалубки и утеплителя; бетонировать конструкции при более низких отрицательных температурах наружного воздуха. Ускоренный термос - это технологически простой, удобный и экономически выгодный способ зимнего бетонирования.

Рекомендации разработаны с учетом требований СНиП 3.03.01-87 "Несущие и ограждающие конструкции", а также с использованием материалов по методам зимнего бетонирования, опубликованных после 1975 года.

Рекомендации согласованы с Управлением развития Генплана, АОХК "Главмосстрой", НИИЖБом Госстроя РФ, ГП "Мосгосэкспертиза".

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие рекомендации распространяются на производство бетонных и железобетонных работ в зимнее время с применением термоса и ускоренного термоса при строительстве на территории Москвы и Московской области.

1.2. Замораживание бетона в раннем возрасте отрицательно влияет на его свойства после оттаивания при последующем твердении вследствие необратимого разрушающего воздействия мороза на структуру бетона. Поэтому в соответствии с требованиями главы СНиП 3.03.01-87 "Несущие и ограждающие конструкции" не допускается замерзание бетона в конструкциях до достижения им критической* прочности, которая должна составлять от проектной:

а) для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой:

для бетонов классов: В 15 (М 200) и ниже - 50%

В 22,5-В 25 (М 300-М 350) - 40%;

В 30 (М 400) и выше - 30%;

б) для конструкций с предварительно напрягаемой арматурой - 80%.

* Критической называется прочность бетона, в % от марочной, после достижения которой бетон может быть заморожен без снижения прочности и других показателей в процессе последующего твердения после оттаивания.

1.3. Для достижения бетоном прочности, требуемой проектом при твердении в зимних условиях без искусственного обогрева, технологически наиболее простым и экономичным является метод термоса, основанный на принципе использования тепла, введенного в бетон путем прогрева материалов или бетонной смеси до укладки ее в опалубку, и экзотермического тепла, выделяемого цементом в процессе твердения бетона.

Общий запас тепла должен соответствовать его потерям при остывании конструкции (при соответствующем утеплении) до набора бетоном заделанной прочности (критической или распалубочной).

1.5. С целью сокращения сроков твердения бетона ускоренный термос может применяться в сочетании с методами электрообогрева или электропрогрева бетона.

1.6. Ускоренный термос, как и обычный термос, применяют при производстве бетонных и железобетонных работ в зимних условиях при среднесуточной температуре наружного воздуха +5 °С и минимальной ниже 0 °С.

Наиболее экономичные методы выдерживания бетона монолитных конструкций при зимнем бетонировании приведены в табл.1.

Выбор наиболее экономичного метода выдерживания бетона при зимнем бетонировании монолитных конструкций

Метод термоса — это старый, недорогой и проверенный способ выполнения бетонных работ при температурах ниже +5° С, когда твердение бетона прекращается, и он остается жидким, а при отрицательных температурах вода замерзает, и он может разрушиться.

В чем заключается метод термоса

Принцип этого способа заключается в том, что бетон приготавливается и доставляется на место бетонирования в подогретом виде (затворение смеси происходит теплой водой около +30° С). Бетон должен быть уложен в опалубку без потери температуры и накрыт теплоизоляционными материалами, который не пропускают влагу и пар.

В процессе гидратации выделяется тепло, которое называется экзотермическим.

Тенты, пленки и прочие утеплители выполняют роль термоса, сохраняют и поддерживают положительную температуру в массе бетона, чтобы его остывание происходило медленно, и твердение до критической прочности к этому времени закончилось.

Важно обеспечить положительную температуру в бетоне первые 10 часов после бетонирования. Через 10–16 часов начинается процесс выделения тепла от реакции гидратации цемента. Известно, что 1 кг цемента при этом химическом процессе выделяет около 80 килокалорий тепла. Температура в бетоне в это время достигает +60° С.

Нужен ли дополнительный обогрев

Конструкция опалубки, в которую укладывается бетон, может быть открытая с одной или нескольких сторон. В этом случае опалубку выполняют со слоем утеплителя, который удержит тепло в бетоне.

Принято все же укрывать всю конструкцию тентами и теплоизоляционными материалами, потому что по трудоемкости этот вариант наиболее дешевый, и есть возможность при резком понижении температуры установить дополнительно обогревательное оборудование.

Наиболее сложным вопросом при производстве бетонных работ при пониженных температурах является подготовка процесса утепления. Материалы для этого должны быть качественными и в объеме, достаточном для утепления.

Все время, пока продолжается обогрев бетона в термосе, необходимо контролировать температуру бетона и сохранность укрывочных и теплоизоляционных материалов. Они должны быть надежно закреплены от ветра и не деформироваться от осадков в виде дождя или снега.

Как правило, если конструкции массивные, выделяемого тепла гидратации достаточно для разогрева бетонной смеси, и дополнительного обогрева не требуется.

При производстве бетонной смеси рекомендуется использовать противоморозную добавку CemFrio , которая позволит набрать первоначальную прочность быстрее, как правило, на 3-и сутки, в то время как в бездобавочных смесях это происходит только на 7-е сутки.

При необходимости проведения зимнего бетонирования главной проблемой являются низкие температуры окружающей среды, которые приводят к замерзанию строительных материалов. Соответственно, технология бетонирования в зимних условиях направлена на предотвращение замерзания воды и других материалов.
Требования к зимнему бетонированию определяются СНиП 3.03.01, согласно которому зимними условиями считаются температуры ниже 5°С.

Особенности зимнего бетонирования

Существуют две важные причины, усложняющие процесс укладки бетона зимой.

При низких температурах замедляется процесс гидратации цемента, что является причиной увеличения сроков набора твердости бетоном. Полный набор прочности бетона при применении противоморозной добавки наступает через 90 суток при расчетной температуре отведения бетона 0 °С, согласно рекомендациям по применению противоморозных добавок в бетон.

Расчетная температура отвердения бетона по С	Прочность бетона % от проектной. При отвердении на морозе за период времени, суток
Расчетная температура отвердения бетона по С	7	14	28	90
0	35	50	75	100
-5	25	35	60	90
-10	15	25	45	70
-15	5	15	35	50
-25	20	30	50	60

При минусовых температурах ниже -15°С до -25°С наряду с противоморозными добавками применяются ускорители твердения бетонной смеси. Этот комплекс вводимых добавок позволяет экзотермической реакции цемента, добавок и воды выделить большее количество тепла, существенно ускорить гидратацию цемента (т.е. использовать для реакции максимальное количество воды и сохранить температуру за счет выделяемого тепла при реакции), что улучшает набор первоначальной прочности бетона при отрицательных температурах.

При температуре окружающей среды равной 20°С, в течение недели бетон набирает около 70% проектной прочности. При понижении температуры до 5°С для набора такого уровня прочности потребуется времени в 3-4 раза больше.

Еще одним нежелательным процессом является развитие сил внутреннего давления, которые возникают из-за расширения замерзшей воды. Это явление приводит к разупрочнению бетона. Помимо этого, из замерзшей воды вокруг заполнителей образуются ледяные пленки, нарушающие связь между компонентами смеси. Поэтому категорически запрещается добавление воды в бетонную смесь на строительной площадке, особенно в холодный период времени, т.к. подвижность бетонной смеси регулируется пластифицирующими хим. добавками для сохранения водоцементного соотношения в бетонной смеси.

Снижение прочности тем значительнее, чем в более раннем возрасте бетона замерзла вода. Наиболее опасным является период схватывания бетонной смеси. Если смесь замерзнет сразу после укладки ее в опалубку, то ее прочность при отрицательных температурах будет обусловлена только силами замерзания. При повышении температуры процесс гидратации цемента возобновится, но прочность такого бетона будет значительно уступать аналогичной характеристике материала, который не подвергался замораживанию.

Противостоять замораживанию без структурных разрушений может только бетон, который уже набрал определенное значение прочности. Важно соблюдать правило беспрерывной укладки бетона во избежание холодных швов.

В современном строительстве в мировой практике наиболее распространен способ зимнего бетонирования, когда бетонная смесь предохраняется от замерзания во время ее схватывания и набора определенной величины прочности, которая называется критической.
Под критической величиной прочности бетона принимают прочность, которая равна 50% от марочной. В конструкциях ответственного назначения бетон предохраняется от замерзания до достижения 70% от проектной прочности.

В современном строительстве применяют несколько способов бетонирования в зимний период:

использование добавок противоморозного действия;
укрытие бетонной смеси пленкой ПВХ и другими утеплителями;
электрический и инфракрасный прогрев бетона;
сооружение временного укрытия с прогревом тепловыми пушками.

Применения добавок противоморозного действия

Технологически наиболее удобным и экономически выгодным методом проведения зимнего бетонирования является применение противоморозных добавок. Этот способ гораздо дешевле бетонирования с прогревом электричеством и инфракрасными лучами.

Существует довольно много мифов относительно вредности и полезности тех или иных противоморозных добавок для бетонов. Им приписывают и коррозию арматуры, и снижение прочности, и снижение морозостойкости. Это не так. Многие из противоморозных добавок, наоборот, являются ингибитором коррозии, положительно влияют на сцепляемость арматуры с бетоном. При нормальном % введении добавок в бетон наблюдается некоторое отставание в темпах набора прочности, но по достижении 28 суточного возраста часто наблюдается больший прирост марочной прочности именно у бетонов с противоморозными добавками.

Модификаторы противоморозного действия могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с различными методами подогрева.

К первой группе относят добавки, которые либо слабо ускоряют, либо слабо замедляют процессы схватывания и твердения смеси. Представители этого класса – сильные и слабые электролиты, неэлектролиты и составы органического происхождения – карбамид и многоатомные спирты.
Ко второй группе принадлежат модификаторы на основе хлорида кальция. Эти вещества имеют способность сильно ускорять процессы схватывания и твердения и обладают значительными антифризными свойствами.
В третью группу входят вещества, обладающие слабыми антифризными свойствами, но являющиеся сильными ускорителями схватывания и твердения с сильным тепловыделением сразу после заливки. Сфера применения этих добавок невелика, но они представляют интерес с научной точки зрения. К таким добавкам относятся трехвалентные сульфаты на основе алюминия и железа.

Мероприятия, увеличивающие эффективность применения противоморозных добавок

Противоморозные добавки выполняют важную роль – активируют процессы твердения смеси и снижают температуру замерзания жидкой фазы. Но для получения эффективного результата, наряду с использование модификаторов, необходимо выполнять ряд сопутствующих мероприятий.

Созданию внутренней теплоты в бетонной смеси способствует предварительный прогрев ее компонентов.
После окончания укладки поверхность бетона необходимо утеплить матами, что позволит сохранить тепло, выделенное в результате экзотермической реакции цемента и воды, и сохранить условия, подходящие для твердения.
Зимой наиболее эффективно использовать портландцементы и высокомарочные быстротвердеющие цементы.

Продолжительность перемешивания компонентов в зимнее время должна быть увеличена примерно в полтора раза.

Места погрузки и выгрузки бетонной смеси необходимо изолировать от воздействия ветра, а средства подачи смеси – тщательно утеплить.
Опалубка и арматура должны быть очищены от снега и наледи, арматуру необходимо отогреть до положительной температуры.
Обязательное условие зимнего бетонирования – быстрые темпы его проведения, для минимизации потери тепла в бетонной смеси, так как гидратация цемента в смеси наступает через сорок минут после затворения.

В условиях строительной площадки бетонную смеси разогревают с помощью электродов. Смесь выступает в цепи переменного электротока в роли сопротивления. Электропрогрев проводят в кузовах автосамосвалов или бадьях.

Способы искусственного нагрева и прогрева бетона

Существует несколько вариантов достижения требуемого результата:

Электродный
Физический смысл электродного прогрева аналогичен вышеописанному методу электродного разогрева смеси. В данном случае используется теплота, которая выделяется смесью при пропускании через нее электрического тока. Для проведения электротока к бетону применяют электроды нескольких типов: пластинчатые, струнные, полосовые, стержневые. Наиболее эффективными являются пластинчатые электроды, изготавливаемые из кровельной стали. Пластины нашивают на поверхность опалубки, непосредственно соприкасающуюся с бетоном, и подключают к разноименным фазам сети. Между противолежащими электродами происходит токообмен, в результате чего осуществляется нагрев всей бетонной конструкции.

Кондуктивный (контактный)
Сущность контактного или кондуктивного нагрева заключается в использовании тепла, выделяемого в проводнике во время прохождения по нему электротока. Контактным способом теплота передается всем поверхностям бетонного элемента. От поверхностей тепло распространяется по всей конструкции. Для контактного нагрева бетона используют термоактивные гибкие покрытия или термоактивные опалубки.

Инфракрасный
Способ инфракрасного нагрева основан на способности инфракрасных лучей при их поглощении телом трансформироваться в тепловую энергию. Теплота от излучателя к нагреваемому телу осуществляется моментально без использования переносчика тепла. В качестве генераторов инфракрасных волн используют кварцевые и трубчатые металлические излучатели. Инфракрасный нагрев применяется для отогрева арматуры, промороженных бетонных поверхностей, тепловой защиты уложенной бетонной смеси.

Индукционный
При индукционном нагреве используется теплота, которая выделяется в стальной опалубке или арматурных деталях и изделиях, расположенных в электромагнитном поле катушки-индуктора. Этот метод применяется с целью отогрева ранее выполненных бетонных конструкций при любой температуре окружающей среды и в любой опалубке.

Соблюдение рекомендаций по зимнему бетонированию позволит избежать утраты прочностных характеристик бетонных и железобетонных конструкций, выполненных при пониженных температурах наружного воздуха.

Проблема строительства в зимнее время для нашей страны всегда была актуальной. Проведение бетонных работ в холодное время требует особого подхода. В серьезных строительных компаниях инженеры составляют специальный проект для производства работ или ППР на зимнее бетонирование. Мы же попытаемся рассказать о тонкостях этого процесса более доступным языком.

Фото зимней заливки.

В чем суть проблемы

Изначально следует отметить, что календарное наступление зимы к строительным работам имеет косвенное отношение. Согласно СНиП 3.03.01, холодный сезон наступает при понижении среднесуточной температуры до +5ºС и вероятностью кратковременных заморозков в ночное время суток.

Распространенные пути решения проблемы

Как известно данная проблема существует с момента появления самого бетона, и решить ее пытались всегда. Современные методы зимнего бетонирования развиваются по нескольким направлениям.

Выбор способа защиты монолита.

Теплый раствор

При разумном подходе начинать следует с приготовления раствора, потому как температуру легче сохранить, чем впоследствии заново разогревать монолит.

Схема газовой пушки для обогрева.

Совет: в холодное время года, время вымешивания раствора в бетономешалке рекомендуется увеличить минимум на четверть.

Приготовить теплый состав правильно это конечно важно, но не менее важно его быстро доставить на стройку. Сейчас для этой цели применяются современные машины, оборудованные электрическим или газовым подогревом изнутри. Некоторые компании монтируют мини-заводы ЖБИ непосредственно на стройке.

Метод термоса

Порядка 50 лет назад гениальный Советский ученый И.А.Кириенко разработал метод термоса при зимнем бетонировании. Несмотря на столь преклонный возраст, данная технология с успехом используется до сего дня.
Суть технологии заключается в обустройстве особой опалубки из теплоизоляционных материалов. В классическом варианте в теплоизолированную опалубку заливается раствор и по возможности герметизируется. Процесс гидратации цемента сопровождается активным тепловыделением и за счет выделенного тепла монолит дозревает.
Но на протяжении длительного времени технология совершенствовалась и в настоящий момент в специальную опалубку для бетона заливается предварительно разогретый состав. Плюс в него добавляются специальные присадки активизирующие процесс теплоотдачи. Замечено, что самое высокое выделение тепла в быстротвердеющих составах, например в портландцементе.
Кроме этого появился так называемый метод горячего термоса. Суть его в том, что раствор на короткое время доводят до температуры порядка 70ºС, после чего заливают в термоопалубку, оборудованную электроподогревом, и уплотняют. В результате за короткое время, до 3 суток, бетон созревает на 70%.

Электрические методы обогрева

На данный момент бетонирование в зимнее время с обогревом разного рода электроприборами получило широкое распространение. Этому способствует относительно небольшая энергоемкость, а также доступность и простота метода.
Хотя здесь есть один существенный минус, не каждый хозяин может позволить себе приобрести соответствующей мощности трансформатор и сопутствующую аппаратуру к нему.
Чаще всего к электродам различной конфигурации подводится напряжение, а сам бетонный монолит выступает как большое сопротивление, благодаря чему нагревается. Самыми эффективными для этого считаются пластинчатые электроды, которые закрепляются непосредственно на опалубку.

Трансформатор для прогрева.

Также распространен способ подведения напряжения к арматурному каркасу, где он исполняет роль индукционной катушки или натягивание нескольких нагревающих нитей внутри монолита.
В последние несколько лет широкое распространение получил разогрев разного рода конструкций, в том числе и бетонных, при помощи инфракрасного излучения. Цена на инфракрасные лампы невелика, плюс энергии они потребляют намного меньше, нежели традиционные обогреватели. Достаточно защитить конструкцию от ветра и желательно покрасить в черный цвет.

Электрическое одеяло для монолита.

Сооружение тепляков

В прошлом этот метод был самым распространенным.

Но, несмотря на появление множества новых технологий, он по-прежнему пользуется большой популярностью.

Технологию смело можно назвать самой простой, суть ее в том, что вокруг залитого монолита сооружается каркас и закрывается техническим полиэтиленом или брезентом.
После чего в такую палатку устанавливается электрическая или газовая тепловая пушка и нагнетается горячий воздух. С точки зрения энергоемкости способ едва ли не самый затратный. В настоящее время он больше используется для обогрева конструкций в закрытых, не отапливаемых зданиях, новостройках.

Принцип действия парогенератора.

Важно: таким образом можно легко организовать пропаривание конструкции, что на порядок ускорит сроки созревания бетона, но для этого вам понадобится парогенератор.
Плюс могут возникнуть проблемы с замерзанием конденсата вытекающего из-под тепляка.

Морозостойкие добавки в раствор

Присадка для раствора.

Среди специалистов данный метод носит название холодного бетонирования. Как говорилось ранее, без воды гидратация цемента невозможна. Но, кроме того что воду можно разогреть, еще можно использовать добавки для зимнего бетонирования которые снизят температуру замерзания воды и ускорят процессы созревания монолита.

На рынке в данный момент присутствуют 3 направления создания подобного рода присадок.

Мы не беремся утверждать, что какие-то из них лучше или хуже, просто каждое направление разрабатывалось для узко определенных целей.

Данная группа призвана слегка ускорять или замедлять процессы созревания раствора. Больше всего в ней применяются разного рода электролиты, но встречаются и многоатомные спирты, карбамиды и органические составы.

Важно: электролитические присадки запрещено использовать при создании фундаментов под электроприборы или электропроводные конструкции.
В виду их повышенной электропроводности и наличия вихревых токов.

Распространенные присадки

Упаковка с нитритом натрия.

Важно: специалисты категорически не рекомендуют использовать нитрит натрия для глиноземных видов цемента.

Присадки типа морозо-пласт или морозо-бет, относятся к составам с комплексным действием. Кроме увеличения коэффициента морозостойкости, они придают раствору хорошую пластичность и прочие полезные качества.

Какие могут быть последствия

Зачастую иногда бывает так, что во второй половине осени приходят заморозки на несколько дней и дальше стоит теплая погода еще целый месяц. Если вы не успели утеплить монолит и его, все-таки прихватило, не отчаивайтесь.

Глубоко бетон не промерзнет, изнутри монолит будет подогреваться естественным путем, а кратковременное замораживание верхних слоев большого вреда не нанесет.

Естественно при подмораживании будет иметь место незначительная потеря прочности по сравнению с лабораторными характеристиками, но наши растворы, как правило, на это рассчитаны.
В свежем растворе вода является самым легким компонентом и по всем законам физики поднимается вверх, особенно это характерно для составов, которые дополнительно разбавлялись водой. В этом случае кратковременное замораживание будет даже полезно. Впоследствии монолит облупится как старая краска, пыль обметается и все.
В случае, когда время все же упущено, ударили крепкие морозы и потепление предвидится только весной, попытайтесь спасти то, что можно. Мы рекомендуем укутать бетон полиэтиленом, это спасет от снега и ветров.
Весной, когда снег начнет таить и оттепели снова начнут чередоваться с ночными заморозками, укрытый монолит сохранится, и не будет дополнительно напитываться водой и разрушаться. Конечно проектной крепости вы уже не получите, но потери могут быть не настолько болезненны.

Важно: резка железобетона алмазными кругами, равно как и алмазное бурение отверстий в бетоне в подмороженном массиве не рекомендуется, нужно дать бетону полностью созреть и только после этого производить все дальнейшие работы.

На видео в этой статье показаны нюансы зимнего бетонирования.

Вывод

Зачастую особенности зимнего бетонирования заключаются в комплексном подходе. Мы перечислили вам наиболее распространенные мероприятия по защите массива в холодное время. Но специалисты не рекомендуют, не надеяться только на один способ.

Так, например, противоморозные добавки для бетонных конструкций — вещь хорошая, но при чрезмерном употреблении они могут повредить. Поэтому разумно будет сочетать их с методом термоса и каким-либо видом электрического подогрева.

Читайте также: