Зимнее бетонирование. Типичные ошибки и способы устранения.

Статья посвящена особенностям проведения работ по бетонированию строительных конструкций при отрицательных температурах. Особое внимание уделено причинам образования дефектов в бетоне в зимний период. Описаны не только типичные ошибки, возникающие при строительстве, но и особенности подбора состава бетонной смеси для зимнего бетонирования. В заключение предложен способ обеспечения надежной гидроизоляции строительных конструкций в зимний период без использования традиционных материалов.

Строительный сезон в России — это относительно короткий период времени, который, как правило, начинается с наступлением весны, когда суточная температура окружающего воздуха не опускается ниже +5 °С и заканчивается поздней осенью, с наступлением холодов. Но будет ошибочно утверждать, что с наступлением холодов строительные работы полностью замирают. Речь идет только о снижении интенсивности строительства, да и современные технологии позволяют возводить здания и сооружения в том числе и при отрицательных температурах.

Однако строительство в зимний период (см. рис. 1) — это весьма ответственное мероприятие, связанное с множеством подводных камней и требующее профессионального подхода. В данной статье мы постарались обобщить опыт уральских строителей, связанный с бетонированием строительных конструкций в зимний период, и заострить внимание читателя на некоторых особенностях, возникающих при наступлении холодов.

Рис. 1 — Строительство в зимний период

Особое внимание при зимнем бетонировании следует уделять подбору состава бетонной смеси. Добавки для бетона существенно расширяют диапазон температур применения бетонных смесей. При зимних работах противоморозные добавки просто необходимы, так как они позволяют вести бетонирование в условиях отрицательных температур. При этом противоморозные добавки следует подбирать с учетом климатических условий конкретного региона. Особое внимание следует уделять ранней прочности, чем она выше, тем лучше в условиях низких температур. Состав противоморозных добавок не должен вызывать коррозию арматуры в бетоне. Например, хлориды натрия или кальция — отличные противоморозные добавки, но приводят к коррозии арматуры в бетоне (см. рис. 2), а следовательно, их применение в железобетонных конструкциях ограничено.

Рис. 2 — Коррозия арматуры в бетоне

Но не стоит переоценивать роль противоморозных добавок. Многие ошибочно полагают, что их применение полностью избавит от проблем, связанных с отрицательными температурами, и бетон наберет требуемую прочность. Однако при снижении температуры окружающей среды ниже +20 °С процессы гидратации цемента замедляются. Так, при температуре +20 °С бетону требуется 7 суток для набора 70 % проектной прочности, а при понижении температуры до +5 °С около месяца (см. табл. 3). А при отрицательных температурах вообще происходит остановка практически всех реакций гидратации портландцемента в бетоне, несмотря на применение противоморозных добавок. Таким образом, помимо применения противоморозных добавок, которые снижают температуру замерзания воды, необходимо обеспечить правильный уход за конструкциями после их бетонирования.

Табл. 3 — Зависимость динамики набора прочности от температуры окружающей среды


При прогреве строительных конструкций в зимний период особое внимание следует уделять расчету необходимой нагрузки на сеть и наличию требуемого количества трансформаторов с учетом аварийного выхода из строя некоторых из них. При отсутствии приборов автоматического регулирования температуры бетонной смеси при твердении, обслуживающему персоналу приходится постоянно подключать и отключать электроды, что вкупе с тяжелыми условиями труда может привести к ошибкам, а в итоге к перегреву или промораживанию бетона (см. рис. 5–6).


Рис. 4 — Электропрогрев в зимний период


Рис. 5 — Трещина, образовавшаяся при перегреве бетона


Рис. 6 — Промороженный участок бетона

Помимо чисто технических ошибок, все еще приходится сталкиваться с банальным разгильдяйством. Например, к нам обратилась одна из строительных организаций г. Екатеринбурга за помощью. Проблема такая: лестничный марш был проморожен. Оказалось, что электрик, который должен был подключить прогрев и все проверить, не вышел на работу по причине алкогольного опьянения. Естественно, в том случае, если бетон полностью проморожен, его необходимо вырубать и проводить работы по бетонированию заново. Но в некоторых случаях, когда дефекты носят локальный характер, демонтажа конструкции можно избежать, используя специальные ремонтные смеси «Скрепа».

Часто в зимний период снег попадает в опалубку (см. рис. 7) перед бетонированием, а про чистку опалубки от снега никто и не вспоминает! Да и как извлечь снег из густо армированных конструкций? Все равно что‐то остается. Как результат, имеем на поверхности бетона раковины, участки с недостаточной прочностью, т. к. при укладке бетонной смеси снег растаял и появилось дополнительное количество воды, которое локально изменило водоцементное отношение именно на этом участке.

Рис. 7 — Снег в опалубке

Еще одной распространенной причиной замерзания бетона является длительное бетонирование в зимний период. Дело в том, что, по правилам электробезопасности, прогрев нельзя включать до окончания работ по бетонированию, однако конструкции бывают различные, и работы по бетонированию могут продолжаться до 10 часов. Естественно, за это время бетон остывает и может быть заморожен. Как правило, замерзает именно верхний слой бетона на тех участках, с которых начиналось бетонирование. Толщина промерзания составляет при этом от 3 до 5 см.

К образованию трещин может привести и резкое остывание конструкций при их распалубке после прогрева. Для исключения резкого перепада температур конструкции необходимо сначала постепенно остудить до температуры окружающего воздуха, а затем распалубливать.

Заканчивая разговор об ошибках при бетонировании в зимний период, следует отметить, что многие строители Урала стараются перенести работы по бетонированию конструкций, если температура воздуха ниже −15 °С. Хотя в нормативной документации отсутствуют прямые ограничения по температуре бетонирования. Есть ограничения, например, по температуре использования строительных кранов, однако именно по бетонированию ограничения отсутствуют, главное, чтобы бетон набрал требуемую прочность. Но практика показывает: если температура окружающего воздуха ниже −15 °С, на выходе строители имеют множество дефектов, которые нам приходится устранять, и не обязательно зимой. Дефекты могут быть обнаружены уже весной, когда тает снег и через бетон вода проходит внутрь конструкций.

Отдельная тема — это ремонт бетона в зимний период. На рынке существует множество производителей, заявляющих, что их материалы работают при отрицательных температурах. Когда начинаешь разбираться, наталкиваешься на различные звездочки и ограничения: прогрейте бетон, используйте теплую воду, устраивайте тепляки и грейте ремонтный состав после нанесения еще три дня. По сути, обычные ремонтные составы выдают за материалы, работающие при отрицательных температурах. При проверке прочности таких составов оказывается, что они вовсе не твердеют, а просто замерзают на поверхности бетона. Настоящий зимний ремонтный состав должен набирать заявленную прочность даже при отрицательных температурах. И такой ремонтный состав уже проходит последнюю стадию натурных испытаний и готовится к выпуску на Заводе гидроизоляционных материалов «Пенетрон».

Еще один интересный вопрос, требующий отдельного обсуждения, — это применима ли проникающая гидроизоляция в зимний период? Начнем с того, что в России на проникающую гидроизоляцию существует ГОСТ Р 56703‐2015, в котором сформулированы основные требования к гидроизоляционным проникающим капиллярным смесям.

Как правило, проникающая гидроизоляция состоит из портландцемента, кварцевого песка определенной гранулометрии и активных химических компонентов. После нанесения на влажную поверхность бетона химически активные компоненты, растворяясь в воде, проникают по порам и капиллярам в структуру бетона и вступают в реакцию с ионными комплексами кальция и алюминия с образованием нерастворимых в воде кристаллов, которые заполняют поры, капилляры и микротрещины бетона.

Таким образом, основным условием проникновения химически активных компонентов внутрь бетона является наличие в порах и капиллярах воды. Естественно, что бетон при −30 °С просто невозможно увлажнить. Не стоит забывать и о термодинамике химических реакций между химически активными компонентами проникающей гидроизоляции и продуктами гидратации портландцемента в бетоне. Эти реакции также протекают при температурах выше 0 °С. Поэтому проникающую гидроизоляцию следует использовать только при положительных температурах.

Проблема гидроизоляции конструкций в зимний период является весьма актуальной и требует нетрадиционного решения. Одним из таких решений является повышение проектной марки бетона по водонепроницаемости за счет использования гидроизоляционной добавки «Пенетрон Адмикс». В случае использования гидроизоляционной добавки, как и в случае гидроизоляционной проникающей смеси «Пенетрон», сам бетон становится водонепроницаемым. Химически активные компоненты при этом равномерно распределяются по бетонной смеси и направленно влияют на формирование микроструктуры цементного камня в бетоне, делая ее более плотной и водонепроницаемой.

Согласно п. 5.8.1 СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции» Актуализированная редакция СНиП 3.03.01.87 возможна полная отмена дополнительной гидроизоляции при использовании бетонов с водонепроницаемостью до W16–W20. О том же говорит свод правил по проектированию СП 52 103‐2007 «Железобетонные монолитные конструкции», где в п. 7.14 записано, что допустимо отсутствие оклеечной гидроизоляции для фундаментных плит и наружных стен подземных этажей при использовании бетонов с маркой по водонепроницаемости W12–W16.

Рис. 8 — Введение добавки «Пенетрон Адмикс» в автобетоновоз в зимний период

Обеспечить марку бетона по водонепроницаемости W16–W20 возможно, используя добавку «Пенетрон Адмикс». Кроме того, бетон с добавкой отличается повышенной морозостойкостью, прочностью, водонепроницаемостью и химической стойкостью. Важно и то, что добавка «Пенетрон Адмикс» совместима с любыми другими добавками, в том числе противоморозными. Добавка может вводиться в бетонную смесь как непосредственно на объекте, так и на бетонном узле. При этом температура применения ограничивается лишь температурой производства работ по бетонированию.