Глава 4. Бетонирование при отрицательных температурах

Строительный сезон короток и, чем севернее располагается стройка, тем меньше времени у застройщика, чтобы в тёплое время года успеть выполнить все предусмотренные проектом бетонные работы. Уже в конце лета начинаются ночные заморозки, что приводит к дополнительным сложностям в процессе бетонирования.

Мороз губителен для бетона. Вода вступает в реакцию с цементом в течение долгого времени (марочная прочность набирается в течение 28 дней). Если в любой из этих дней бетон замёрзнет, то марочную прочность он в последствии уже не наберёт. Происходит это от того, что замерзающая вода, ещё не успевшая вступить в реакцию с цементом, расширяется. В бетоне нарастает внутреннее давление и он буквально разрывается изнутри. В интернете легко можно найти фотографии фундаментов, залитых осенью и замёрзших. Такие фундаменты на следующий год выглядят как набор отслаивающихся друг от друга камней. И единственный способ продолжения строительства — это демонтаж такого замёрзшего фундамента и постройка нового.

Чем раньше замёрзнет твердеющий бетон, тем больше он потеряет в прочности. Абсолютно недопустимо замерзание бетона в период схватывания. Но и в последующие несколько дней заморозка конструкции приведёт к потере более половины прочности.

Поэтому прежде всего застройщик должен таким образом спланировать свою стройку, чтобы постараться вообще не попадать в зону отрицательных температур. Бетонирование в период возможных заморозков — это крайняя мера, вынужденная и не идущая на пользу прочности строения. А бетонирование зимой, когда точно известно, что температура долгое время будет ниже нуля в условиях самостоятельного приготовления бетона абсолютно неразумно.

И всё же, что можно предпринять, чтобы максимально снизить отрицательный эффект холодных температур?

В первую очередь, нужно тщательно следить за прогнозом погоды. Причём не только на ближайшие дни, но на месяц вперёд. Конечно, прогноз часто ошибается в деталях. Но с долгосрочной температурной тенденцией работать можно. Вполне может сложиться такая ситуация, что на ближайшую неделю-две прогнозируют заморозки. А через 2 недели наступит оттепель. Тогда бетонные работы лучше всего перенести на это время.

Прогноз следует узнавать для ближайшего населённого пункта, но не для крупного города. Крупные города сглаживают колебания температуры. А за городом в ясную ночь температура может упасть больше, чем на 10 градусов.

Следить за прогнозом ночных температур нужно и в первые и последние дни лета, не говоря уже о мае и сентябре. В эти дни ночные заморозки кратковременны и несильны, но и они могут привести к замерзанию верхних слоёв бетона и последующему их отслоению. Особенно это критично для стяжек и перекрытий.

Если по прогнозу ожидаются кратковременные заморозки, то основная работа по предотвращению замерзания бетона сводится к утеплению залитой конструкции. Дело в том, что реакция гидратации происходит с выделением тепла. Поэтому чем массивнее конструкция, тем больше у неё шансов остаться в положительной зоне температур. В любом случае нужно использовать не только выделение тепла, но и то тепло, что накопилось в бетоне за день — во время бетонирования. Для этого следует утеплить опалубку, накрыть поверхность бетона теплоизолирующими материалами. Если на улице ветренно, следует оградить бетон от ветра, чтобы исключить ускоренный теплообмен. Но всё это сработает только если температура упадёт не ниже -2 - -3 градусов не более, чем на 2-3 часа.

Во всех остальных случаях следует применять более дорогие и трудоёмкие меры защиты.

Во-первых, в качестве пластификатора следует использовать тот, что несколько снижает температуру замерзания бетона.

Во-вторых, на рынке существует множество противоморозных добавок в бетон. Но важно понимать, что основное предназначение подобных добавок — это сохранить бетон незамёрзшим во время замешивания, доставки до опалубки, укладки и вибрирования. В дальнейшем эффективность этих добавок невысока. Самые лучшие из них обеспечивают набор лишь 30% от марочной прочности бетона на 28-ые сутки. Это означает, что если через месяц Вам нужен бетон с маркой М150, то Вы можете замесить бетон М350 и добавить в смесь противоморозную добавку. Если же через месяц Вам нужен М300, то с одними противоморозными добавками добиться этого будет нереально.

Большим соблазном является использование обычной поваренной соли или устаревших дешёвых добавок. Не допускайте такую ошибку — подобные добавки вызывают ускоренную коррозию арматуры.

Единственный способ обеспечить набор 100% прочности бетона — это греть его во время созревания. Начинать подогрев нужно ещё до замеса бетона. Во-первых, нужно переместить песок, щебень и цемент в отапливаемое помещение (если оно, конечно, есть). Во-вторых, воду, используемую для приготовления бетона, нужно подогревать до 40-70 градусов. Точное значение температуры, до которой следует подогревать воду, лучше уточнить в инструкции к противоморозной добавке. Во избежание заваривания цемента, его следует насыпать в бетономешалку только после щебня, когда общая температура смеси упадёт до 30-40 градусов.

После укладки бетона необходимо обеспечить его дальнейший прогрев. Чем выше будет температура бетона, тем быстрее он наберёт большую часть своей прочности.

Один из способов — строительство тепляка над бетонной конструкцией. В этом случае помимо утеплённой опалубки вокруг твердеющей бетонной конструкцией строят замкнутый контур из стен и крыши. Внутрь устанавливают нагревательный аппарат, чаще всего — тепловую пушку. И продолжают прогрев в течение как минимум недели (в зависимости о того, сколько процентов прочности Вы можете позволить себе потерять от марочной прочности, на которую были рассчитаны компоненты замеса). Строительство тепляка — это лишние трудовые и временные затраты. К тому же придётся покупать или брать в аренду тепловую пушку и круглосуточно следить за тем, чтобы она работала. Ведь если оставить тепляк на ночь без присмотра, а у пушки, к примеру, кончится топливо, за ночь температура легко опустится ниже нуля и все затраты будут напрасными.

В настоящее время индивидуальным застройщикам выделяется максимум 15 кВт электрической мощности, чего может и не хватить для обогрева тепляка электрическим нагревательным аппаратом. А, значит, скорее всего Вам понадобится дизельное топливо или газ в большом количестве. Следует предусмотреть место для его хранения.

Другой способ — нагрев бетона изнутри. В этом случае во время подготовки конструкции к бетонированию наряду с арматурой внутрь укладывается специальный греющий кабель. На больших стройках применяется обычно кабель марки ПНСВ совместно с прогревающим трансформатором. К сожалению, индивидуальному застройщику это оборудование использовать затруднительно, поскольку трансформатор подключается к трёхфазной сети. И покупка, и аренда такого трансформатора обойдётся довольно дорого.

Поэтому можно предложить другой способ прогрева бетона. Только вместо промышленного кабеля лучше применить кабель от электрического тёплого пола или обогревающий кабель для труб водоснабжения. Это тоже довольно дорогой вариант, но он, по крайней мере, реализуем в двухфазной сети и не требует столь большой электрической мощности. Из инструкции к кабелю можно определить, сколько Ватт тепловой мощности выделяет 1 погонный метр. С другой стороны можно определить теплопотери бетонной конструкции при заданной температуре твердения бетона, температуре окружающей среды и материалах опалубки. Суммарная мощность кабеля должна быть равна теплопотерям. Исходя из этого можно определить длину кабеля и способ его укладки.

Отдельно стоит упомянуть о подготовке конструкции к заливке. На поверхности опалубки и на арматуре не должно быть ни снега, ни наледи. Их нужно счистить механическим способом, либо разогреть газовой горелкой или сроительным феном. Во время снегопада бетонирование не производится. А от возможных осадков в будущем бетон сразу же укрывается.

Пример: Требуется залить армопояс в газобетонном доме. Высота армопояса - 250 мм, ширина — 200 мм. Армопояс совмещён с оконными перемычками, поэтому через 2 недели его прочность должна соответствовать марке М200, чтобы выдержать нагрузку от монтируемой стропильной системы и кровли. Самые большие теплопотери прогнозируются в местах перемычек, где снизу бетон будет отделён от внешней среды слоем газобетона толщиной 100 мм. С внешней стороны от улицы его будет отделять слой газобетона 50 мм и слой пенопласта 50 мм. С внутренней стороны — газобетон 100 мм. Сверху в первые 2 недели твердения армопояс будет накрыт пенопластом толщиной 100 мм. Средняя ночная температура воздуха в течение двух недель прогнозируется в районе -5.

Для начала определим, какой марки требуется замесить бетон, если греющий кабель будет обеспечивать температуру бетона +15. Из графика набора прочности бетона определяем, что при такой температуре бетон за 14 дней наберёт около 70% от своей прочности. Поскольку нам нужно к этому моменту иметь прочность, характеризующуюся маркой М200, смесь нужно приготовить в расчёте на марку М300 (200 кгс/см² / 0,7 = 286 кгс/см²).

Посчитаем теплопотери 1 погонного метра армопояса при внутренней температуре +15 градусов и внешней -5 градусов.

Теплопроводность газобетонной кладки = 0,14 вт/(м*оС)
Теплопроводность пенопласта = 0,035 вт/(м*оС)

Теплопотери вниз = 1 х 0,2 х (15 - -5) / (0,1 / 0,14) = 5,6 Вт.
Теплопотери наружу = 1 х 0,25 х (15 - -5) / (0,05 / 0,14 + 0,05 / 0,035) = 2,8 Вт.
Теплопотери внутрь = 1 х 0,25 х (15 - -5) / (0,1 / 0,14) = 7 Вт.
Теплопотери вверх = 1 х 0,2 х (15 - -5) / (0,1 / 0,035) = 1,4 Вт.

Всего: 5,6 + 2,8 + 7 + 1,4 = 16,8 Ватт

Следовательно, нужно купить такой кабель, который на 1 погонный метр выделял бы 16,8 Ватт.

Принимая во внимание цены, сложившиеся в Ленинградской области в 2014 году, посчитаем, насколько меры по предотвращению замерзания бетона увеличивают его стоимость.

Себестоимость бетона М300 — около 3500 р./м³, значит, армопояс сечением 200х250 обойдётся в 175 р.
1 п.м. кабеля мощностью 16 Вт стоит 190 р.
Пенопласт толщиной 100 мм, закрывающий 1 п.м. армопояса будет стоить 60 р.
1 кВт*час электроэнергии стоит 2,37 р.

Значит, дополнительные затраты: 190 + 60 + 16 /1000 х 2,37 х 24 х 14 = 263 рубля.

Отсюда вывод: бетонирование в условиях отрицательных температур дороже в 2,5 раза!