Прогрев бетона при строительстве зимой: технологии и их особенности

Зачем прогревают бетон?

Строительство зданий, сооружений и прочих конструкций с использованием раствора в зимнее время не обходится без обогрева. Как правило, гидратация раствора при отрицательных температурах полностью не проходит. А еще вы можете прочитать про марку бетона для ленточного фундамента, его типы, технология заливки, самостоятельный расчет. Он затвердевает не целиком, некоторые участки смеси замерзают. После оттаивания связь смеси будет нарушена, что непременно скажется на качестве и долговечности сооружения.

Прогрев бетона в зимнее время проводом … Прогрев бетона в зимнее время … Технология прогрева бетона в зимнее время Прогрев бетона сварочным аппаратом …

Зимой электрический прогрев конструкции обязателен. Процесс затвердевания смеси ускоряется в определенных (плюсовых) температурных условиях. При этом не нарушается структура связующей смеси, и не страдает прочность непосредственно самой конструкции. Вот зачем прогревают бетон проводом в холодное время года.

Влияние температуры на твердение

Перевод бетонной смеси в твёрдую фазу совершается посредством гидратации цемента — химической реакции вяжущего вещества с водой. Происходит процесс в 2 этапа: схватывание (загустение) и твердение. С понижением температуры до отрицательных значений проистекает вымораживание влаги, необходимой для набора прочности. Главная задача бетонирования зимой — сохранить воду в структуре смеси при благоприятной для загустения температуре. Рекомендуемые режимы при заливке монолита в холодное время:

• оптимальный для схватывания диапазон — от 10 до 20ºС;
• если от минус 20º до +10, необходимо обустраивать зимний прогрев бетона;
• при морозах ниже 20 укладку смеси прекращают.

При допущении кристаллизации влаги в растворе монолит уже не получится, и оттепель не поможет, поскольку произойдёт необратимый разрыв структурных связей.

С оттайкой воды твердение возобновляется, но конструкция скелета уже нарушена, происходит отслоение арматуры, появляются трещины. Следствием окажется недостаточная прочность бетона, и чем раньше произойдёт замораживание, тем меньше будет значение крепости.

Виды прогрева бетона в зимний период

Исходя из типа объекта и погодных условий, строители выбирают одну из доступных методик зимнего прогрева бетона. Перед применением той или иной технологии стоит убедиться в наличии всех подручных средств для работы со строительным материалом и источником тепла, а также уточнить технические характеристики используемой смеси.

Среди методик, активно применяемых в большинстве регионов страны:

• Прогрев бетона электродами;
• Доставка раствора с добавлением добавок, ускоряющих затвердение или способствующих усилению морозоустойчивости (что удобно, если основной целью компании является продажа бетона с доставкой)
• Инфракрасный зимний прогрев бетона;
• Помещение в прогревающую опалубку;
• Поддержание необходимой температуры индукционным способом;
• Предварительный нагрев;
• Достижение необходимого температурного режима с использованием проводов.

Рассмотрим наиболее эффективные и востребованные технологии:

• Прогрев бетона электродами предполагает наличие на стройплощадке мощного источника тока, например, трансформатора, способного создавать электрический ток мощностью 1000 КВт. С его помощью смесь достигает нужной температуры в течение нескольких минут, после чего раствор укладывается в опалубку. Прогрев бетона зимой таким методом особенно актуален при устройстве фундаментов зданий, перегородок, стен, армированных конструкций.
• Использование инфракрасного излучения — это метод эксплуатации источников, располагающихся в непосредственной близости от опалубки и, выделяющих тепловую энергию. Прогрев бетона в зимнее время таким образом особенно удобен при работе с конструкциями, где недоступна организация утепления. Технология позволяет ускорить процесс затвердевания раствора и обогрев зон, подготавливаемых к обработке, а также упрощает работу с металлическими деталями, примерзающими к элементам конструкции.
• Индукционный прогрев бетона в зимний период актуален при установке монолитных объектов. Активным источником тепла становится преобразуемая энергия магнитного поля. Способ подходит для работы с армированными конструкциями, когда предполагается работа с опалубкой из металла и есть возможность организации индуктора.
• Прогрев бетона в зимнее время проводами должен быть продуман предварительно, так как используемые детали, а именно, прогревающие провода, крепятся к армированному каркасу опалубки. Необходимо заранее рассчитать необходимый объем материалов и их длину. Питание проводов электроэнергией происходит от трансформаторов, которые имеют функцию регулировки теплового режима. Производительность одного трансформатора составляет около 30 кубов бетона. Этот метод активно используется в работе с монолитными конструкциями в случае, когда температура окружающей среды опускается не ниже — 30С°.

Прогрев бетона в зимнее время проводом ПНСВ

Для качественного нагрева застывающей бетонной конструкции строителям понадобятся:

• трансформаторный сварочный прибор на 200 ампер;
• греющий провод ПНСВ диаметром 1.5 миллиметра;
• алюминиевый кабель АВВГ;
• изолента из хлопчатобумажного материала;
• инструмент для бесконтактного определения текущей силы тока.

Провод ПНСВ.

Процесс прогрева бетона электродами из ПНСВ кабеля включает такие этапы:

1. Нарезка провода на небольшие отрезки для прогрева петель. Как правило, для осуществления электропрогрева бетона достаточно 17 метровых отрезков.
2. Подвязка подготовленных отрезков к каркасу из арматуры. На данном этапе важно проследить, чтобы слой бетона над петлями не превышал 4 сантиметра.
3. Соединение подвязки с токопроводящим изолированным проводом из алюминия. Технологическая карта подразумевает подключение петель змееобразным способом.
4. Наращивание подсоединенных кабелей из алюминия и подключение их к сварочному устройству.
5. Изолирование проводов при помощи хлопчатобумажной ленты. Маркировку изолирующего материала следует поместить на концах проводов.

Число прогревочных петель напрямую зависит от мощности сварочного электроприбора. Для устройства с максимальной силой тока 250 Ампер можно использовать не более 8 проводов ПНСВ.

Как правило, полное застывание конструкции, подогреваемой ПНСВ проводом, составляет 40 часов.

Как бетонировать зимой

Коль уж мы завели речь о зимнем бетонировании, будем считать, что температура, при которой мы производим монолитные работы, – отрицательная. Основная задача – не дать замерзнуть воде, входящей в состав бетона. Как говорится в рекламе: «Не дай себе засохнуть». В данном случае – не дайте засохнуть цементу. Цемент нуждается в воде. Это его жизнь и его сила. По сути, технология зимнего бетонирования и нацелена на сохранение воды от замораживания (кристаллизации).

Какие же методы зимнего бетонирования наиболее часто используются на современной стройке. Существует несколько основных способов сохранения воды затворения бетона от вымерзания:

• Применение противоморозных добавок в бетон (ПМД)
• Использование электропрогрева бетона
• Укрывание бетона пленкой ПВХ, утеплителями и т.п.
• Сооружение временного укрытия с прогревом тепловыми пушками

Применение противоморозных добавок в бетон – наиболее распространённый способ, применяемый при бетонировании в зимних условиях. Большинство бетонных заводов выпускают бетон с зимними добавками ПМД. Так называемый зимний бетон производится в различных вариациях, отличающихся между собой процентным содержанием добавок.

Противоморозные добавки вводятся в бетон в строгом процентном соотношении с количеством цемента, входящего в ту или иную марку бетона. Так же, количество противоморозной добавки зависит от предполагаемой температуры воздуха, при которой будет происходить бетонирование. Более подробную информацию читайте в разделе противоморозные добавки для бетона.

Электропрогрев бетона чаще применяется на больших стройках, где имеется техническая возможность использовать трансформаторы большой мощности (30-80 кВт). В российских реалиях дряхлых подстанций и электросетей недостаточной мощности, зимний прогрев бетона – это малореальное мероприятие для частного застройщика. Электрический прогрев бетона зимой, на мой взгляд – лучший метод, при проведении монолитных работ, но… Как говорится: “Чем богаты, тем и рады”.

Укрывание бетона – наиболее рациональный метод бетонирования в зимнее время, при пограничных температурах воздуха +3-3. Схватывание и твердение бетона – изотермический процесс, то есть: при застывании и наборе прочности, цемент, контактируя с водой, выделяет тепло. И было бы неплохо сохранить это тепло. Для этого необходимо свежеотлитую конструкцию из бетона укрыть ПВХ плёнкой, или утеплителем. В некоторых случаях, если при бетонировании в зимнее время применялся обычный бетон без противоморозных добавок, а температура воздуха резко упала до низких минусовых значений (-5-15) целесообразно использовать газовые или электрические пушки.

Если будет использоваться дополнительный прогрев тепловыми пушками, то укрытие из плёнки ПВХ укладывается не на поверхность бетона, а на временный каркас из досок, брусков и т.п . Создаётся нечто наподобие низкой «палатки» или «шатра» над бетонной конструкцией и под это укрытие ставятся тепловые пушки. Чем выше будет температура под шатром, тем быстрее будет идти процесс набора прочности, и соответственно, раньше можно будет прекратить прогрев.

В большинстве случаев, для первичного набора прочности бетона, достаточной для проведения дальнейших работ, хватает 1-3 суток прогрева тепловыми пушками. За это время бетон может набрать до 50% марочной прочности.

Методы прогрева бетона

Прогрев бетона в зимнее время может осуществляться различными способами, выбор которых зависит не только от погодных условий, но и от экономической целесообразности или поставленных сроков завершения работ. Наиболее популярными методами сохранения положительной температуры вокруг фундамента остаются:

• С помощью ПНСВ;
• «Эффект термоса»;
• Предварительный;
• Инфракрасный.

Так называемый «эффект термоса» достигается за счет укрывания конструкции специальным термоизоляционным материалом. Смесь, прогретую до температуры 30-45 ºС (не более), заливают в опалубку, после чего бетон твердеет в результате воздействия наружного холодного воздуха и экзотермической реакции. Этот способ подходит не для всех объектов, а только для тех, чья площадь охлаждения сравнительно невелика.

Зимний прогрев бетона по предварительному методу предполагает кратковременный разогрев цементной смеси (5-10 минут) под воздействием электрического тока до температуры примерно 45-50 ºС. После заливки состава он остывает по методу термоса, но для выполнения процедуры нагрева потребуется электрическая мощность свыше 100 кВт на каждые 5 куб. м. раствора. Из-за солидных финансовых затрат этот способ используется крайне редко.

Нередко прогрев бетона производится при помощи инфракрасных установок, которые могут быть направлены как на опалубку, так и на открытый участок фундамента. Отодвигая источник ближе или дальше от объекта, регулируется температура воздействия. Главным плюсом такого метода стали низкие энергетические затраты, а минусом – дороговизна инфракрасных излучателей. Поэтому при малых объемах бетонирования этот способ практически не практикуются.

Безусловно, существует ряд других вариантов прогрева цементной смеси зимой, однако они не приобрели масштабного применения. Создавая фундамент в холодное время года, будьте готовы к солидным денежным вложениям, повышению срока затвердевания раствора и возможным дефектам в основании в случае несоблюдения технологии. При отсутствии должного опыта, оборудования и навыков заливку основания лучше всего отложить на весну или лето.

Плюсы греющего кабеля КДБС

Заливка бетона зимой с подогревом кабелем КДБС – преимущества:

• Цена на кабель КДБС гораздо ниже стоимости времени, которое теряется, пока бетон застывает самостоятельно;
• Быстрое затвердевание бетона сокращает сроки строительства, что ведёт к росту прибыли;
• Обеспечивается круглогодичное проведение монолитностроительных работ;
• Качественное застывание бетона, который отвечает эксплуатационным требованиям прочности;
• Простой монтаж кабеля;
• Кабель КДБС не требует использование трансформатора – ему подходит напряжения питания 220 В. Это снижает расходы на электричество;
• Стабильная мощность препятствует поломкам;
• Российское производство: кабель сделан в стране, не понаслышке знающей о холодных зимах и знакомой с суровым климатом некоторых регионов;
• Равномерный прогрев всей конструкции.

Прогрев бетона проводами (трансформатором)

Прогрев бетона нагревательными проводами заключается в следующем: перед укладкой бетонной смеси в опалубку на арматурном каркасе закрепляют нагревательные провода определенной длины. Длина и количество нагревателей определяются расчетом. Теплота, выделяемая нагревательными проводами при прохождении по ним тока, передается бетону и распределяется в нем путем теплопроводности. Таким образом бетон можно разогреть до 40-50°С.

В качестве нагревательных проводов применяют специальные провода для прогрева бетона марки ПНСВ-1,2 со стальной оцинкованной жилой диаметром 1,2 мм в поливинилхлоридной изоляции ( возможно применение радиотрансляционных проводов марки ПТПЖ-2х1,2 с двумя стальными оцинкованными жилами в изоляции из модифицированного полиэтилена).

Электропитание нагревательных проводов осуществляют через понижающие трансформаторные подстанции типа КТП ТО-80/86 или КТП-63/ОБ, которые имеют несколько ступеней пониженного напряжения, что позволяет регулировать тепловую мощность, выделяемую нагревательными проводами при изменении температуры наружного воздуха. Одной подстанцией можно обогреть 20-30 м3 бетона.

Нагревательными проводами можно обогревать любые монолитные конструкции при температуре наружного воздуха до -30°С. В среднем для обогрева 1м3 монолитного бетона требуется 60 м нагревательного провода марки ПНСВ-1,2.

В Москве технология прогрева бетона нагревательными проводами довольно широко применялась при возведении храма Христа Спасителя, комплексов Манежная площадь, Гостиный Двор и других объектов.

Технология прогрева бетона нагревательными проводами широко применяется не только российскими, но и зарубежными строительными фирмами, которые работают на территории России.

За последние годы технологию прогрева бетона нагревательными проводами освоили и применяют на практике такие фирмы, как южно-корейская "Самсунг инжинеринг & констракшн Ко., Лтд.", немецкая "Хохтиф", югославские "Акосир", "Напред", "Трудбеник", "Черногория", турецкие "Абка", "Алларко", "Гаранти-Коза" и многие другие.

Когда используют электроды?

Каждый из вышеописанных способов используется в той или иной ситуации. Что же касается электродов, то и это не универсальное решение. К примеру, при заливке бетонной плиты он совершенно не эффективен. В этом случае лучше применить греющий провод. А вот если речь идет о какой-либо вертикальной конструкции, то тут электродный подогрев станет отличным решением.

Кстати, иногда используется естественный утеплитель, которого зачастую недостаточно. В этом случае в качестве дополнительного подогрева подойдет электрод. Но нужно понимать, что чем шире конструкция, тем ниже эффективность и выше стоимость, но к этому вопросу мы еще вернемся. К счастью, сегодня технология прогрева бетона таким способом освоена и широко применяется строителями со всего мира. Тем не менее на территории РФ большая часть построек использует подогрев проводами.

Электроды

Чаще всего этот способ используют для того, чтобы прогреть колоны или стены, которые выполнены из бетона. После того, как специалисты зальют специальный каркас в него вставят электроды. Затем их подключат к трансформатору по схеме, которую мы предоставили вашему вниманию ниже:

При необходимости вы также можете выполнить размещение струнных электродов в каркас. Вода в растворе будет играть роль проводника. Именно поэтому, когда раствор начнет высыхать тока в электродах станет меньше. Катанка, которую использовали для проведения заряда останется в конструкции. К недостатку этого способа можно отнести то, что вы столкнетесь с колоссальными расходами на электричество.

Принцип работы и разновидности проводов

Сегодня для подобных работ используется три типа кабелей для обогрева:

• КДБС (кабель двухжильный для бетона в секциях). При использовании этого кабеля, его можно подключать к сети 220В, благодаря чему отпадает необходимость использования трансформатора. Кроме этого КДБС кабель проще всего монтировать (не требует подрезания), а благодаря специальным муфтам, он легко укладывается по выбранной схеме. Однако, стоят такие провода довольно дорого (от 1020 рублей за погонный метр). Еще один минус – кабель используется только один раз, так как после затвердевания бетонной массы, его невозможно демонтировать.
• BET – двухжильный кабель, разработанный по финским технологиям. Такие провода также работают без трансформатора и подключаются напрямую. Кабель ВЕТ отличается своей экономичностью, так как для прогрева 1 м3 бетонной поверхности потребуется порядка 20-25 м провода.
• ПНСВ (одножильный провод нагревательный со стальной жилой и виниловой изоляцией). Это самая дешевая система прогрева бетона (от 1 рубля за погонный метр), поэтому ее чаще всего используют при строительстве в частном секторе. Для использования нагревательного провода ПНСВ требуется подключение к трансформатору (при определенных условиях возможно подключение напрямую). Однако, после обогрева бетона, провод можно использовать повторно (например, в качестве системы «теплого» пола или «анти льда» для лестниц).

Так как наибольшей популярностью в строительной сфере пользуется прогрев бетона проводом ПНСВ, то его мы рассмотрим подробнее.

Индукционный прогрев

Такой электропрогрев бетона в зимний период основан на работе простой индукционной катушки. Метод индукции для прогрева используется в конструкциях с замкнутым контуром, где длина объекта больше размера его сечения. Индукционный прогрев должен проводиться с подключением понижающего трансформатора на 12-36 В.

Схема индуктора

Витки индуктора выкладываются заранее по шаблону, затем в проделанные в растворе пазы укладывается кабель, и заливается бетонная смесь. После подключения устройства температура бетона должна контролироваться, и по достижении максимального значения индуктор выключается. Если этого недостаточно, то дальнейший способ электропрогрева — метод термоса. Также можно переключить индуктор в импульсный режим.

Преимущества такого метода: равномерный прогрев всей конструкции, экономия на арматуре и электродах, низкое энергопотребление (расход электроэнергии на 1 м³ — до 150 кВт/ч).

Недостатки: маленькая площадь прогрева одним устройством. При увеличении размеров индуктора увеличивается потребление электроэнергии.

Прогрев бетона электродами – схема подключения

Прогрев бетона электродами – самый распространенный метод электропрогрева в зимнее время. Это связано, в первую очередь, с простотой и дешевизной, потому что, в отдельных случаях, нет необходимости тратиться на нагревательные провода, дорогие трансформаторы и т.п.

Принцип действия такого способа электропрогрева основывается на физических свойствах электрического тока, который при прохождении через материал выделяет определенное количество теплоты.

В данном случае, проводимым материалом является сам бетон, другими словами, когда ток проходит через водосодержащий бетон, он в это время его нагревает.

Внимание! Если бетонная конструкция содержит в себе арматурный каркас, не рекомендуется подавать на электроды напряжение более 127 В. В случае отсутствия металлического каркаса, можно использовать как 220 В, так и 380 В. Большее напряжение применять не рекомендуют.

Существует несколько видов электродов для прогрева бетона в зимнее время:

Электроды стержневые. Для их создания используется металлическая арматура d 8 – 12 мм. Такие стержни вставляются в бетон на небольшом расстоянии и подключаются к разным фазам, как на схеме. В случаях сложных конструкций, такие электроды для прогрева бетона будут незаменимы. Стеклопластиковая арматура для таких целей не подойдет, потому что она является диэлектриком.

Электроды в виде пластин. Иногда их называют пластинчатыми электродами. Схема подключения такого подогрева очень проста – пластины располагаются на обоих противоположных внутренних сторонах опалубки и подключаются к разным фазам, а проходящий ток будет нагревать бетон. Вместо широких пластин иногда используют узкие полосы, принцип действия этих полос – такой же.

Электроды струнные. Используются при заливке колонн, балок, столбов и похожих конструкций. Принцип действия все тот же, струны подключаются к разным фазам, тем самым нагревая бетон в зимнее время.

Прогрев бетона электродами необходимо осуществлять только переменным током, так как постоянный ток, проходящий через воду, способствует ее электролизу. Другими словами – вода будет химически разлагаться, не осуществив своей основной функции в процессе твердения.

Заключение

При +20С бетон набирает прочность за 28 суток. Бетонная смесь, без использования методов нагрева или охлаждения, твердеет при температуре от +5С до +35С. Но время набора проектной прочности будет разным. Чем выше температура смеси, тем быстрее она твердеет. Для заливки бетона выходящего за рамки указанной температуры, необходимо использовать определённые методы.

При отрицательных температурах надо прибегать к методам нагрева на протяжении всего срока набора критической прочности. Необходимо чтобы нагрев смеси был равномерным, без больших перепадов температуры в центре и на периферии. Так же необходимо осуществлять постоянный контроль за температурой.

Если же температура выше +35С, то необходимо принимать меры по охлаждению смеси в момент приготовления, транспортировки и укладки. Это делается для предотвращения потери воды и, как следствие, нарушению водноцементного баланса, что негативно сказывается на прочности бетонной конструкции. После укладки необходимо либо увлажнять бетон, либо обеспечить герметичность конструкции.