Зимнее строительство: работа с бетоном при отрицательных температурах
Монолитные строительные работы, т.е. закладка фундамента и возведение коробки здания, обычно стараются проводить в тёплое время года, а зимой можно сосредоточиться на установке стеклопакетов, тёплого пола, проведении коммуникаций и др. внутренними работами. Однако на зимнее строительство с нуля могут решиться по причине банальной экономии, т.к. в холодное время года стройка замирает, и чтобы активизировать спрос на стройматериалы и ремонтные работы, строительные компании и поставщики предоставляют хорошие скидки. Разберёмся с особенностями при работе с бетоном в зимний период.
Что происходит с бетонной смесью при низких температурах?
Человеку, далёкому от строительства, может показаться, что в зимний период бетон не способен затвердеть и набрать необходимую прочность, поэтому «зимний» фундамент получится ненадёжным. Это не так. Конечно, скорость затвердевания бетонной смеси увеличивается с ростом температуры, но сам процесс затвердевания зависит не от температуры, а от того, что бетонная смесь содержит влагу. В состав смеси входит портландцемент, который затвердевает только при повышенной влажности. В тёплое время года максимальная прочность достигается бетоном через 1 месяц, при этом в первые полмесяца скорость затвердевания максимальна.
При пониженной температуре скорость затвердевания, конечно, сильно уменьшается, но не прекращается вовсе. Если на улице потеплеет, то смесь станет затвердевать быстрее. Низкие температуры не оказывают негативного влияния на качество монолитных работ, важно лишь после возведения фундамента дождаться его отверждения и не нагружать его в этот период.
В процессе затвердевания бетонной смеси происходит выделение тепла, поэтому даже в зимние холода в смеси поддерживается достаточная температура, чтобы бетон набирал прочность, хотя этот процесс и получается растянутее во времени.
Кроме того, чтобы увеличить скорость затвердевания смеси зимой и препятствовать её замерзанию, в состав бетона замешивают добавки, которые увеличивают подвижность залитой смеси, что позволяет обеспечить начальное схватывание и твердение при низкой температуре. При этом нельзя допускать превышение предельной концентрации этих добавок в бетонной смеси и минимально допустимые температуры окружающей среды.
Способы заливки бетонной смеси зимой
Утепление опалубки
Как уже говорилось, бетон при затвердевании выделяет тепло, которое позволяет ему затвердевать и дальше с нормальной скоростью. Но в таком случае в процессе отверждения возникают локальные участки напряжения бетона из-за неравномерного нагрева, а это приведёт к микротрещинам в монолитной конструкции. Поэтому целесообразно использовать вяжущее вещество низкого тепловыделения (около 200 Дж/г), либо дополнительно утеплять опалубку и, наоборот, использовать вяжущее с тепловыделением более 250 Дж/г.
Так или иначе, после возведения фундамента или монолитного цоколя потребуется его утеплять, поэтому есть смысл сделать изначально опалубку утеплённой. Вам не потребуется после строительства заниматься утеплителем, т.к. теплоизоляционный пенополимерный материал хорошо сцепляется с бетонной смесью. Утеплённая опалубка обеспечит более равномерный нагрев бетонной смеси и её затвердевание.
При утеплении опалубки выбирайте толщину утеплителя правильно. Например, чтобы заизолировать бетонную ленту толщиной 350 мм, хватит пенополистироловой оболочки толщиной 40 мм по периметру и 50 мм для изоляции сверху. Чем толще бетонное основание фундамента в поперечнике, тем тоньше должен быть слой утеплителя. К примеру, 500 мм фундамент достаточно заизолировать утеплителем толщиной 25 мм.
Для монтажа теплоизоляции из пенополистирола достаточно подготовить опалубку, закрепить плиты проволокой, клеем или при помощи цементного раствора. После этого следят, чтобы плиты не сдвигались, когда будет проводиться монтаж арматурного каркаса фундамента. Чтобы плиты утеплителя не выдавились из опалубки после заливания бетонной смеси, необходимо перед заливкой обеспечить им упор сверху.
Противоморозные добавки в смесь
Задача этих добавок обеспечить температуру замерзания воды в бетонной смеси гораздо ниже нуля и, как следствие, недопущение её перехода в кристаллическую фазу при низких температурах. В жидком виде вода позволяет бетону нормально затвердевать даже зимой, хотя и с меньшей скоростью.
Серьёзным недостатком противоморозных добавок является то, что они ухудшают прочностные характеристики бетона и, как следствие, фундамента, поэтому нужно использовать бетон более высоких марок (на 1-2 класса выше) или приготавливать раствор на основе высокомарочного вяжущего. Входящие в состав противоморозных добавок сульфаты и хлориды активизируют процессы коррозии в арматурном каркасе фундамента и в самом бетоне, поэтому нельзя превышать концентрацию этих добавок в составе готовой смеси.
Используются противоморозные добавки двух основных видов — «холодные» и «тёплые». Первые снижают температуру замерзания воды в бетонной смеси, а вторые увеличивают тепловыделение раствора перед его заливкой в форму. Для использования тёплых присадок обязателен прогрев залитой смеси в течение по меньшей мере двух недель.
Искусственный обогрев бетонной смеси
Этот способ хоть и затратный, но является самым подходящим, чтобы получить монолитные конструкции, которые по своим прочностным характеристикам не отличаются от построенных в тёплое время года. Прогревают смесь, чтобы поддерживать в течение срока затвердевания бетона положительную и одинаковую температуру по всему объёму конструкции. Существует внешний и внутренний способы прогрева, которые применяются в зимнем строительстве.
При внешнем обогреве обычно используют герметичный полиэтилен, которым оборачивают залитую бетонную конструкцию. Под плёнку подаётся нагретый воздух, который обогревает смесь и позволяет ей набирать прочность. Днём температуру нагрева понижают, т.к. работает парниковый эффект. На нагрев тратится много энергии, но при возведении высокопрочных бетонных конструкций, на которые будет в дальнейшем ложиться большая нагрузка, способ является единственно возможным в зимнем строительстве.
При использовании внутреннего обогрева в конструкцию закладывают нагревательный кабель или используют токопроводимость уже имеющейся стальной арматуры, что оказывается выгоднее. Во-первых, нагревательный кабель используется только для прогрева смеси, а дальше он не нужен. Во-вторых, прогревать нужно зону контакта бетона и арматуры, как подверженную максимальному действию нагрузок. Поэтому чаще всего подводят ток к стальной арматуре, подсоединяя клеммы к контактным элементам, выведенным из конструкции при вязке стального каркаса. Контактная сеть, к которой подводят ток для нагрева, не должна содержать разрывы и участки с пониженным сопротивлением, чтобы нагрев был максимально эффективным.
Итог
Зимнее строительство монолитных сооружений не является чем-то особенно сложным. К тому же, низкие температуры не снижают качество бетона. Более того, зимнее возведение фундамента на промёрзлой земле не допускает перекосов конструкции из-за рыхлого и подвижного грунтового слоя, как летом.
Другое дело, что при строительстве фундамента зимой нужно обезопасить его от действия сил морозного пучения грунта. Вода, содержащаяся в грунте, замерзает и при этом увеличивается в объёме, что приводит давлению на фундамент снизу и бокам. Перед зимним строительством фундамента под ним устраивают несжимаемую песчано-гравийную подушку, которая обладает гигроскопичностью и препятствует морозному пучению грунта под фундаментом. После окончания возведения фундамента пазухи котлована засыпают тогда, когда появится тепло или конструкция обретёт необходимую прочность в результате искусственного прогрева.