Способы прогрева бетона зимой

Непрерывность монолитного строительства позволяет соблюдать обогрев бетона в зимнее время. Регламентация работ приводится в СНиП 3-03-01-87 (актуализировано СП 70.13330.2012). Там предписываются меры, не допускающие замерзания воды в растворе, образования льда на арматурном каркасе при среднесуточной температуре ниже +5°С, минимальной – меньше 0. Способы отличаются оборудованием, затратами средств и энергии.

Способы зимнего бетонирования

Главное требование для получения гарантированного качества сооружения – это проведение работ в установленном темпе и четкой последовательности, без отступлений от проекта. При перевозке раствор не должен охлаждаться ниже расчетной температуры. Допускается увеличить время перемешивания на 25 %.

На вечномерзлых грунтах заливка конструкций происходит по СНиП II-18-76. Метод выбирают не столько по затратной части, сколько по качественным показателям изделия, получаемого в результате.

Во время застывания прогревание бетона осуществляется следующими основными способами:

1. Термос. В раствор на заводе добавляют горячую воду (40-70°С) и укладывают его в утепленную опалубку. При схватывании в процессе гидратации выделяется около 80 ккал тепла, которые складываются с имеющейся температурой смеси. Теплоизоляция удерживает массу от замерзания до набора нужного показателя прочности. Экзотермический эффект часто сочетают с другими методами.

2. Противоморозные добавки. Технология их использования и свойства, придаваемые бетону, указываются производителем в паспорте продукта. Опалубка должна предотвращать быструю потерю тепла. Этот показатель предусматривается проектным расчетом, в максимальном значении не превышает 10°С/ч. Фрагменты, которые могут остывать быстрее (выступы, сужения сечения), покрывают от ускоренного испарения гидроизоляцией, утеплителем или организуют их обогрев. Ведется постоянный контроль окружающей температуры, чтобы в случае ее снижения меньше разрешенной принять дополнительные меры.

3. Подогрев воздухом. В закрытом пространстве организовывается прогрев конвективным движением нагреваемого воздуха. Из брезентового полотна можно соорудить тепляк над заливаемой формой и поддерживать нужную температуру с помощью теплогенератора (дизель или электрокалорифер). Для равномерного распределения горячего воздушного потока, нагнетаемого вентилятором, применяют специальный рукав с перфорацией.

4. Пропаривание. Учитывая сложность оборудования и энергозатраты, массово его используют в заводских условиях для создания элементов сборных конструкций. Технология предполагает заливку бетона в опалубку с двойными стенками, по которым подают горячий пар. Он создает «паровую рубашку» вокруг раствора, обеспечивающую равномерную гидратацию. Применяется в комплексе с пластифицирующими добавками.

5. Греющая опалубка. Метод распространен при быстром возведении сооружений (монолитных зданий). Для этого бетон должен быть с высокой скоростью застывания. Электропрогрев происходит от границы контакта с опалубкой вглубь застывающего массива. Располагается греющий кабель по наружной поверхности формы. Чтобы не образовывалось прослоек воздуха, его удаляют вибратором. Способ используют для заливки зимой тонких и средних стен (с армированием или без него). Отличается требованиями к температуре – смесь и грунт на глубину 0,3-05 м предварительно нагреваются до +15°С.

К наиболее экономным методам относят технологии электропрогрева, которые охватывают весь объем смеси (электрод, трансформатор, кабель, собранные в определенную схему).

Электродный обогрев бетона

Принцип основан на выделении тепла при прохождении тока через жидкий раствор между стержнями, на которые подается напряжение от трансформатора. Способ не применяется в густо армированных конструкциях. Хорошо показал себя при возведении ростверков и ленточных фундаментов в зимнее время.

В качестве питания берут трансформатор переменного тока с напряжением от 60 до 127 В. Для изделий со стальным арматурным каркасом нужен точный проектный расчет схемы и параметров электрической цепи.

Электрод может быть разного вида:

  • стержневого, размером Ø6-12 мм;
  • струнного (проволока Ø6-10 мм);
  • поверхностного (пластины шириной 40-80 мм).

Стержневые электроды применяют на удаленных фрагментах крупных и сложной формы конструкций. Их устанавливают не ближе 3 см к опалубке. Струнные варианты предназначаются для протяженных участков. Эта схема предпочтительна при контакте бетона с замерзшим основанием. Поверхностные ленты крепят непосредственно на опалубку, прокладываются рубероидом и не контактируют с раствором.

Глубина электропрогрева электродами составляет 1/2 расстояния между стержнями или полосами. Теплая масса у поверхности укрывает внутренние слои, где процессы протекают менее интенсивно. Увеличить выделение энергии в бетоне можно, подавая на электроды через трансформатор разные фазы.

После застывания монолита погруженные электроды остаются внутри, выступающие их части обрезают. Основное преимущество использования электродов – это способность длительного поддержания температуры, определенной технологией проекта, в конструкциях любой формы и толщины.

Основывается на погружении греющего кабеля, подключенного к понижающему трансформатору. Для этого берут проводник марки ПНСВ от 1,2 до 3 мм. Его укладывают с шагом не менее 15 мм так, чтобы он полностью погружался в раствор. Выводные концы для подключения от трансформатора делают из алюминиевых АПВ-2,5; АПВ-4.

Расчет схемы производят исходя из того, что на обогрев 1м³ нужно около 1,3 кВт мощности. Величина зависит от температуры воздуха – чем холоднее зимой, тем больше нужно энергии.

На прогрев проводом ПНСВ каждого 1м³ бетона нужно 30-50 м кабеля. Более точно покажет расчет, так как при схеме подключения «звезда» в каждом куске провода требуется ток 15 А, «треугольник» (ПНСВ 1,2) – 18 А.

Читайте также:  Регулировка напряжения на транзисторе

Выбор кабеля ВЕТ или КДБС позволит исключить трансформатор с электродами из технологии. К этому методу прибегают, если отсутствует возможность применить нужное количество аппаратов на удаленном объекте или нет питающей сети. ВЕТ-провод подключается к бытовой электросети, в комплект входят соединительные муфты. Для него берут схему подключения, аналогичную ПНСВ.

Поддерживать температуру нужно, используя трансформатор с плавной регулировкой силы тока. Для небольшого индивидуального строительства подходит привычный сварочный аппарат. Промышленные станции КТПТО-80/86, ТСДЗ-63, трансформаторы СПБ дают нагрев порядка 30 м³ бетона.

Новейшие методы прогрева

Совершенствование технологии дало возможность для обогрева колонн, балок перекрытий и других относительно тонких элементов применять инфракрасные устройства. Они выполнены в виде термоматов, которыми оборачивают снаружи застывающую форму. Прогрев происходит равномерно, по всей контактной поверхности. Для стандартных изделий используют цельные нагреватели, изготовленные по размеру.

Марочный бетон в естественных условиях набирает прочность за 28 суток, благодаря инфракрасному воздействию процесс гидратации проходит за 11 часов. Значительно упрощается монтаж и сложность конструкций, повышается скорость этой части строительства при работе зимой.

Следующей ступенью технологии прогрева трансформатором при изготовлении изделий относительно небольшого сечения (колонн, свай) стал индукционный метод. Рост температуры внутри формы происходит под влиянием электромагнитного поля, созданного опоясывающими витками кабеля. Такая индукционная обмотка разогревает металл опалубки и арматуры, выделяющееся тепло переходит в застывающий раствор. Характеризуется равномерностью, способностью предварительно поднять температуру опалубки и армирующего каркаса до начала заливки .

Сроки обогрева монолита до набора им заданной крепости устанавливаются в зависимости от класса: В10 набирает 50%, В25 – почти 30%.

Качество изделий из бетона, произведенных в зимний период, контролируется независимо от способов прогрева (погружение электрода или поверхностное воздействие) согласно СНиП 152-01-2003.

Основной целью прогрева бетона является соблюдение правильных условий вывода влаги при проведении работ в зимнее время или при их ограниченных сроках. Принцип действия технологии заключается в поддержке внутри или вокруг толщи раствора повышенной температуры (в пределах 50-60 °С), методы реализации зависят от типа и размера конструкций, марки прочности смеси, бюджета и условий внешней среды. Для достижения нужного эффекта обогрев должен быть равномерным и экономически обоснованным, лучшие результаты наблюдаются при комбинировании.

Обзор методов обогрева

Простой и надежный способ электропрогрева, заключающийся в размещении арматуры или катанки толщиной в 0,8-1 см во влажном растворе, образуя с ним единый проводник. Выделение тепла происходит равномерно, зона воздействия достигает половины расстояния от одного электрода к другому. Рекомендуемый интервал между ними варьируется от 0,6 до 1 м. Для запуска работы цепи концы подключают к ИП с пониженным напряжением от 60 до 127 В, превышение этого диапазона возможно только при бетонировании неармированных систем.

Сфера применения включает конструкции с любым объемом, но максимальный эффект достигается при подогреве стен и колонн. Расход электроэнергии в этом случае значительный – 1 электрод требует не менее 45 А, число подключаемых стержней к понижающему трансформатору ограничено. По мере высыхания раствора подаваемое напряжение и затраты возрастают. При заливке ЖБИ технология прогрева электродами требует согласования со специалистами (составляется проект их размещения, исключающий контакт с металлическим каркасом). По окончании процесса стержни остаются внутри, повторная эксплуатация исключена.

2. Закладка проводов.

Суть метода заключается в расположении в толще раствора электрического провода (в отличие от электродов – изолированного), нагреваемого при пропускании тока и равномерно отдающего тепло. В качестве рабочих элементов используется один из следующих видов:

  • ПНСВ – изолированный поливинилхлоридом стальной кабель.
  • Саморегулирующие секционные разновидности: КДБС или ВЕТ.

Применение проводов считается самым эффективным при необходимости заливки перекрытий или фундамента зимой, они практически без потерь преобразуют электрическую энергию в тепловую и обеспечивают ее равномерное распределение.

ПНСВ обходится дешевле, при необходимости он закладывается по всей площади конструкции (длина ограничена только мощностью понижающего трансформатора), для данных целей подойдет сечение от 1,2 до 3 мм. К особенности технологии обогрева относят потребность в использовании установочных проводов с алюминиевой жилой на открытых участках. Подходящими характеристиками обладает кабель АПВ. Схема ПНСВ 1.2 исключает перехлесты, рекомендуемый шаг между соседними кольцами и линиями составляет 15 см.

Саморегулирующие секции (КДБС или ВЕТ) эффективны при обогреве зимой без возможностей задействования трансформатора или подачи 380 В. Их изоляция лучше, чем у ПНСВ, но стоят они дороже. Схема укладки провода в целом аналогична предыдущей, но его длина ограничена, она подбирается из учета размеров конструкции, разрезать его нельзя. При добавлении в нее устройства контроля за силой тока прогрев осуществляется более плавно и экономно. В целом, оба варианта считаются эффективными при бетонировании зимой, к недостаткам относят лишь сложность укладки и невозможность повторного применения.

Читайте также:  Выбор подкатного домкрата для кроссовера

3. Тепловые пушки.

Суть технологии заключается в повышении температуры воздуха с помощью электрических, газовых, дизельных и других обогревателей. Обрабатываемые элементы закрывают от холода брезентом, создание такого шатра позволяет достичь внутри условий от +35 до 70 °C. Обогрев осуществляется за счет внешнего источника, который без проблем переносится на другое место без потребности в расходе провода или специальной аппаратуры. Из-за сложностей с закрытием крупных объектов и воздействия только на внешние слои этот способ чаще используется при небольших объемах бетонирования или при резком падении температуры. Энергозатраты в сравнении с электродами или ПНСВ приемлемые, при задействовании дизельных пушек возможен обогрев на объектах без электроснабжения.

Принцип действия этой технологии основан на покрытии свежезалитого раствора полиэтиленом и полотнами инфракрасной пленки во влагостойкой оболочке. Термоматы подключаются к обычной сети, величина энергопотребления варьируется в пределах 400-800 Вт/м2, при достижении границы в +55 °С они выключаются, что позволяет снизить затраты на электропрогрев бетона. Максимальный эффект от применения достигается зимой, в том числе при комбинировании с химическими добавками.

Риск замерзания влаги внутри ЖБИ исключается через 12 часов, процесс полностью автономный. В отличие от проводов ПНСВ термоматы без проблем контактируют с открытым воздухом и влагой, помимо бетонных конструкций они успешно используются для прогрева грунта.

При правильном уходе (отсутствие нахлестов, выполнение изгибов строго по отведенным линиям, защите полиэтиленом) ИК-пленки выдерживают не менее 1 года активной эксплуатации. Но при всех плюсах технология плохо подходит для обогрева массивных монолитов, воздействие матов локальное.

5. Греющая опалубка.

Принцип действия аналогичен с предыдущим: между двумя листами влагостойкой фанеры размещается инфракрасная пленка или изолированные асбестом провода, выделяющие тепло при подключении к сети. Этот способ обеспечивает прогрев в зимнее время на глубину до 60 мм, благодаря локальному воздействию исключен риск растрескивания или перенапряжения. По аналогии с матами эти нагревательные элементы имеют термозащиту (биметаллические датчики с автовозвратом). Сфера применения включает конструкции с любым наклоном, лучшие результаты наблюдаются при заливке монолитных объектов, в том числе при ограниченных сроках строительства, но простой технологию назвать нельзя. При бетонировании фундамента в греющую опалубку заливают раствор с температурой не ниже +15 °C, грунт нуждается в предварительном обогреве.

6. Индукционный метод.

Принцип действия основан на образовании тепловой энергии под воздействием вихревых токов, способ хорошо подходит для колонн, балок, опор и других вытянутых элементов. Индукционная обмотка размещается поверх металлической опалубки и создает электромагнитное поле, в свою очередь оказывающее влияние на арматурные стержни каркаса. Обогрев бетона осуществляется равномерно и качественно при среднем расходе энергии. Подойдет также для предварительной подготовки щитов опалубки зимой.

Промышленный вариант, для реализации этого способа требуется двухстенная опалубка, не только выдерживающая массу раствора, но и подводящая к поверхности горячий пар. Качество обработки более чем высокое, в отличие от остальных методов, при пропарке обеспечиваются максимально подходящие условия для гидратации цемента, а именно – влажная горячая среда. Но из-за сложности эта методика используется редко.

На необъятных просторах нашей родины существуют места, где зима длится полгода. Невозможно так долго пережидать морозы, чтобы начать строительство и строить в условиях, точно соответствующих техническим нормам.

Известно, что многие технологические процессы не совместимы с отрицательной температурой воздуха. Речь идет, в первую очередь, о бетоне, который не в состоянии набрать прочность, схватываясь, при температуре ниже нуля.

Чтобы не прерывать процесса строительства, ученые разработали мероприятия, благодаря которым происходит прогрев бетона зимой, что позволяет ему превращаться в камень без потери качества.

Чем температура ниже нуля мешает бетону твердеть

При затворении вяжущего (цемента) и наполнителей (песка и щебня) водой – при производстве бетона – происходит сложная химическая реакция. Заключается она в явлении гидратации: образовании гелевидных частиц, что выглядит как загустевание цемента. Оно происходит из-за образования иглообразных кристаллов по всему объему смеси. Процесс гидратации полностью меняет структуру бетона с алюминатной на силикатную – по истечение 6-8 часов, за которые бетон загустевает., в следующие 16-20 часов он твердеет Затем еще 28 дней он набирает прочность.

Так вот, если этому процессу помешает превращение воды в лед – ничего не произойдет: структура цементного раствора не изменится и, даже после размерзания воды, смесь уже не превратится в камень. Поэтому необходимо было изыскать способ, который даст возможность и при отрицательной температуре воздуха цементно-песчаной смеси затвердевать и набирать прочность бетонного камня.

Читайте также:  Токарный станок по дереву рейтинг

Таких способов нашли несколько, каждый из них определяется теми условиями строительства, под которые был разработан. Самые популярные из них: способ термоса, электронагрева, термоактивной опалубки и паропрогрева. Поговорим о каждом из них.

Прогрев бетона зимой способом «термоса»

Способ основан на свойстве цементно-песчаной смеси, при затворении ее водой, выделять тепло. Получается, что если это тепло сберегать с помощью утепленной опалубки и укрывания наружной плоскости раствора опилками, шлаком или камышитом, тепло может сохраняться внутри конструкции время, нужное для затвердения бетона. Однако это время будет зависеть от объемности конструкции и площади ее теплоотдачи. Рассчитать его можно по формуле:

где M – степень массивности конструкции, A – площадь теплоотдачи конструкции, а V – ее объем. Условие таково: если М= больше, чем 10, то «метод термоса» при бетонировании будет работать. Если М=8-10, то метод сработает, если смесь прогреть до температуры 60-80°С.

В остальных случаях применение метода не даст нужного результата. Поэтому применяются другие методы, с использованием внутреннего и внешнего подогрева бетонной смеси.

Прогрев бетона с помощью нагревательного кабеля

Обычно используется специальный провод ПНСВ («Провод Нагревательный Сталь Винил» – имеется в виду материал жилы и оболочки), сделанный из одной стальной жилы в ПВХ изоляции; берется сечением 1,2 мм.

Перед заливкой бетона провод закрепляется на каркасе из арматуры. Длину секций и шаг между ними определяют, исходя из напряжения трансформатора (при В=220В, длина составляет 110м, уменьшается пропорционально).

Количество тепла, выделяемое проводами, способно нагреть смесь до 60-70°С, при расходе 50-55 м провода на 1 м³ бетонной смеси.

Электроснабжение проводов осуществляется трансформаторным устройством ППЭБ (3х380В), которое может прогреть 20-25 м³ смеси.

Условия работы следующие:

  • Температура окружающей среды не должна быть ниже -25°С.
  • Монтаж осуществляется только при фиксации проводов.
  • Провода не должны касаться друг друга; минимальное расстояние между ними должно быть 15 мм.
  • Места соединения провода с нагревателем должны быть выведены из зоны обогрева.
  • К обогреву можно приступать после окончания заливки бетона.
  • В конструкции делаются скважины, дающие доступ к проводам, чтобы контролировать ее температуру. Если она превышает норму, следует понижать напряжение в сети.

Способ бетонирования в термоактивной опалубке

Используется в монолитном строительстве. Термоактивной называется стальная опалубка, на которой смонтированы нагревательные элементы и устроена наружная термоизоляция (обычно из стекло- или шлаковойлочных матов толщиной около 50 мм). При использовании опалубки, ее нужно укрывать брезентом или пленкой, не пропускающей воздух, особенно в ветреную погоду.

Термоактивная опалубка применяется разборная, унифицированная и специально разработанная монтажными организациями. Количество энергии, необходимое для прогрева конструкции будет зависеть от ее массивности, температуры основания и окружающей среды, скорости ветра и теплопроводности опалубки.

Для использования опалубки подходит быстротвердеющий портландцемент и шлакопортландцемент. Температура готовой смеси не должна быть ниже +5°С. Основание перед заливкой нужно прогреть до +10°С. Промерзший грунт прогревают на глубину более 50 см – для пучнистых и более 30 см – для непучнистых грунтов. Температура и промерзающего грунта, и смеси в момент заливки д. б. не ниже +15°С.

Способ прогрева бетона с помощью пара

Как известно, одним из условий для твердения и набора прочности бетоном, является влажность. При положительных температурах бетонную поверхность увлажняют, по крайней мере, первые сутки. Поэтому поддержание высоких температур в толще бетона, при его прогреве, может быть чревато неравномерным отвердением бетонного камня и образованием в нем микротрещин. Чтобы этого не происходило, нужно четко выполнять режим прогрева.

Если по каким-то причинам обогрев кабелем изнутри или с помощью термоактивной опалубки невозможен, существует еще один, более энергозатратный, но зато более эффективный способ – паропрогрев.

  • Создание благоприятных условий для твердения бетона с помощью тепла и влажности, значительно ускоряют процесс набирания им прочности. При температуре прогревания +70°С в паронасыщенном состоянии, бетон за 25-30 часов наберет такую же прочность, как за 10-15 суток при обычных условиях.
  • Способ осуществляется с помощью т. н. «паровой рубашки». Оболочка укрывает конструкцию вместе с опалубкой, чтобы охватить всю ее поверхность парами низкого давления (на расстоянии 15 см).
  • «Паровая рубашка» делается из нескольких деревянных щитов, между которыми прокладывается толь. Их плотно подгоняют друг к другу, швы герметизируют, оставляют отверстия для гибких шлангов, по которым через каждые 5-6 м² будет подаваться пар.
  • Прогревая перегородки, рубашку устраивают только с одной стороны конструкции.
  • Для колонн пар подается снизу через каждые 3,5 м.
  • Пар пускают за пол часа до начала заливки бетона, чтобы предварительно прогреть конструкцию.