Вопрос выполнения бетонных работ в зимний период не теряет свою актуальность с течением времени: число строителей, впервые сталкивающихся с необходимостью организации зимнего бетонирования и не владеющих при этом необходимой теоретической базой, — по-прежнему очень велико (утверждаю это, исходя из личного опыта общения с руководителями зимних строительных площадок). Причина массовой профессиональной безграмотности, по моему мнению, обусловлена сезонным характером данных работ.

Настоящей статьей я попытаюсь восполнить выявленный информационный пробел, вкратце, но по сути осветив ключевые моменты и особенности зимнего бетонирования.
Прежде всего давайте разберемся в чем же именно проявляются негативные стороны воздействия минусовых температур на свойства бетона, а точнее – на молекулярные процессы, происходящие внутри только что залитой в опалубку бетонной смеси.

Каким образом отрицательные температуры влияют на процесс набора бетоном своей марочной прочности?

Природа этого влияния основана на том, что холодная среда (при температуре меньше нуля) препятствует нормальному протеканию многих химических реакций, происходящих в процессе схватывания и затвердевания бетонной смеси, среди которых особое значение представляет реакция гидратации цемента. Именно в ходе нее жидкая пластичная смесь, состоящая из цемента, воды, щебня и песка, превращается в прочный строительный материал.

Говоря простым языком, гидратации цемента – это химическая реакция, в течение которой цемент (клинкер) взаимодействуя с водой, постепенно превращается в цементный камень.

Начальный этап данной реакции можно записать следующим образом:

 3CaO*SiO₂+H₂O -> 3Ca₂SiO₄*H₂O+Ca(OH)₂ +502 Дж/г

Трехкальциевый силикат, входящий в состав цемента, при взаимодействии с водой образует два новых соединения: двухкальциевый силикат и гидроксид кальция. В результате дальнейшей гидратации двухкальциевого силиката и взаимодействия Ca(OH)₂ с воздухом, формируется твердая и прочная структура бетона.

Из представленной выше химической цепочки видно, что реакция гидратации цемента сопровождается выделением некоторого количества тепла. При этом, как показали многочисленные исследования, прочность цементного камня растет в прямо пропорциональной зависимости от количества выделяемого тепла.

В соответствии с нормативными документами, для полного завершения реакции гидратации цемента необходимо 28 суток. Другими словами, именно по истечении 28 суток бетон набирает требуемую марочную прочность. При этом набор 70% прочности происходит в течение первых 5-7 дней с момента заливки бетонной смеси. Однако здесь есть одно «но»: указанные временные интервалы применимы лишь в том случае, если схватывание и твердение бетона осуществлялись во влажной среде и при комнатной температуре, т.е. примерно при +20⁰С.

При твердении бетона в условиях более низких температур нарушаются молекулярные связи между соединениями, образуемыми в результате взаимодействия цемента с водой, что препятствует нормальному протеканию реакции гидратации цемента.

Так, при низкой положительной температуре (от 0 до +10⁰С) процесс гидратации заметно замедляется, что приводит к увеличению срока набора бетоном прочности в среднем на 30-35%.

При температуре ≤ 0⁰С вода, как известно, превращается в лед, что делает невозможным дальнейшее протекание реакции гидратации, а следовательно и дальнейшее твердение бетона.

Как производить бетонирование в зимних условиях?

Мы выяснили, что основная проблема зимнего бетонирования заключается в замерзании воды, входящей в состав любой бетонной смеси. Соответственно, главной задачей, которую мы должны решить при выполнении бетонных работ в зимнее время – это не дать воде замерзнуть. На сегодняшний день известно множество возможных путей решения этой задачи, основными среди которых являются:

1. Электрический прогрев бетонной смеси непосредственно перед бетонированием (электропрогрев) с параллельным введением специальных добавок-пластификаторов, обеспечивающих подвижность бетонной смеси (т.к. при электрическом прогреве ухудшаются пластические свойства бетона);
2. Электрический прогрев свежеуложенной бетонной смеси после бетонирования (в опалубке);
3. Инфракрасный метод прогрева бетона после бетонирования, основанный на возникновении в свежеуложенной бетонной смеси тепловой энергии в результате воздействия на нее инфракрасными волнами;
4. Прогрев бетона с помощью тепловых пушок (горячим паром) с предварительным возведением вокруг бетонируемых конструкций временных «тепляков»;
5. Использование специальной термо-опалубки (греющей опалубки), оборудованной системой электрических нагревателей, обеспечивающих равномерный обогрев уложенной бетонной смеси;
6. Укладка нагретой до 40-45⁰С бетонной смеси (приготовленной на горячей воде) в утепленную опалубку (метод «термоса»);
7. Введение в бетонную смесь при ее приготовлении специальных химических добавок и ускорителей твердения.