Противоморозные добавки в бетон - виды и температурные режимы

Невозможно представить себе область строительства, где бы не использовался бетон. Из него возводят фундаменты, стены и перекрытия зданий, мосты, дороги, тротуары. Пористые на легких заполнителях и пенобетоны используются как утеплители. Гидротехнические густоармированные способны удержать натиск воды в гидроэлектростанциях, а реакторы атомных АЭС защищает специальные тяжелые бетоны.

Строительство объектов из монолитного бетона — достаточно долгий процесс. Набор прочности материалом происходит неравномерно и требует определенных погодных условий: положительных температур и высокой влажности. На территории нашей страны, особенно в северных регионах, это совсем непродолжительный период времени.

Для того, чтобы не «замораживать» на зиму строительство используют противоморозные добавки в бетон.

Что необходимо знать о бетоне

Основные компоненты бетона — цемент, щебень, песок и вода. При реакции цемента и воды, так называемой гидратации, образуется цементный камень, который скрепляет мелкие и крупные наполнители в единый монолит.

В заводских условиях создается оптимальный режим для набора прочности строительных элементов. Обычно это пропаривание с высокой влажностью.

Заливка бетона зимой

На строительных площадках под открытым небом заливают монолит в естественных условиях. Наиболее благоприятными для производства бетонных работ считается температура воздуха 20-30° и влажность 90%. Уже в течении первых часов происходит схватывание, а за неделю-две прочность достигает 70%.

В возрасте 28 суток бетонная смесь достигает марочной прочности. Но на этом процесс не заканчивается. Проходит несколько месяцев, а иногда лет, в течение которых плотность и прочностные характеристики бетона увеличиваются.

Если при заливке бетона температура окружающего воздуха понижается, процесс гидратации цемента замедляется. При температуре ниже +5° он затормаживается, а при достижении 0° останавливается совсем.

Для чего нужны противоморозные добавки

Твердение бетона проходит через несколько фаз: первичное схватывание, затвердевание, набор прочности. Чем полноценнее проходит каждая из фаз, тем лучше будет структура материала, выше механические свойства и морозостойкость.

Цемент, входящий в состав материала, проявляет свои вяжущие свойства только в жидкой среде. При низкой температуре вода превращается в лед. Если это происходит очень быстро, зерна цемента не успевают полностью включиться в процесс гидратации. Смесь плохо схватывается и твердеет. В структуре бетона образуются пустоты и трещины, он становится рыхлым, непрочным.

Процесс застывания бетона без противоморозных добавок и с ними

Целью ввода в состав материала противоморозных добавок является продление жидкой фазы и ускорение затвердевания бетона. Химические вещества выполняют роль катализаторов в процессе схватывания бетонной смеси, понижают температуру замерзания воды и способствуют быстрому твердению.

Дозировка и расход

Количество требуемой противморозной добавки зависит от таких факторов:

прочность применяемого цемента;
температурный показатель окружающей среды;
химический состав защитной смеси.

Сколько потребуется присадки для получения определенной прочности бетонного раствора, представлено в таблице:

Средняя t° воздуха	Количество присадки, % от общей массы	Ожидаемая прочность раствора, % от марки при твердении на морозе, сутки
Средняя t° воздуха	Количество присадки, % от общей массы	7	28
От 0 до-5	2	25	60
От -6 до-10	3	15	45
От -11 до -15	4	5	35

Виды противоморозных добавок для бетона

Противоморозные добавки — это сухие смеси или растворы, вводимые в бетон при его приготовлении.

В соответствии с характеристиками действующего вещества противоморозные добавки делятся на три вида:

Антифризы.

При введении в состав бетона химические реактивы образуют растворы солей, которые значительно понижают температуру замерзания воды. Жидкая фаза, необходимая для схватывания и твердения цемента, сохраняется намного дольше.

Антифризы не ускоряют гидратацию цемента, а только дают возможность поглотить жидкость минералам вяжущего. Поэтому никакого влияния на структуру бетона они не оказывают.

Ускоряющие противоморозные добавки.

Действие их основано на расщеплении зерен цемента. При воздействии реактива силикатные составляющие быстрее растворяются в воде. Это значительно ускоряет первичное схватывание бетона и положительно сказывается на наборе марочной прочности.

Ускоряющие реагенты улучшают свойства бетона: плотность, морозостойкость и водонепроницаемость.

Добавки для морозостойкости на основе сульфатов.

На начальном этапе твердения они взаимодействуют с цементом с образованием нерастворимых веществ. Образуются сгустки большой плотности, набор прочности начинается очень быстро. При реакции выделяется тепло, что ускоряет процесс затвердевания бетона.

Почему стоит использовать добавку на основе хлоридов и когда стоит от неё отказаться

Противоморозные добавки, изготавливаемые на основе хлоридов, обладают множеством преимуществ, среди них следует выделить:

низкую стоимость;
отсутствие влияния на структуру раствора;
отсутствие влияния на скорость застывания, благодаря чему приготовить раствор можно заранее;
увеличение подвижности частиц, благодаря чему можно придать раствору желаемую форму.

Вышеупомянутая добавка обладает минусом, который выражен в высоком уровне коррозионной активности. Вследствие чего использовать такое средство можно лишь для тех конструкций, которые не имеют арматуры и металла в структуре. Последний начинает окисляться, отслаиваться от конструкции, тем самым нарушая целостность.

Свойства добавок для бетона

Ускорители твердения производятся промышленностью в большом ассортименте и обладают разными свойствами. Некоторые из них известны уже давно и на их основе разработаны различные модификации добавок.

Поташ (углекислый калий) — продукт переработки глинозема. Широко применяется на территории Восточной Сибири в связи с доступностью и дешевизной.

Поташ (углекислый калий)

Положительные свойства:

негорючий,

нетоксичный,

не вызывает коррозии закладных деталей и арматуры,

не вызывает появления выцветов и высолов.

Отрицательные свойства:

нельзя использовать с щелочными цементами, силикатным кирпичом, т.к. образуются сильные щелочи,

не допускается изготовление мостов, эстакад и дорог в связи с ухудшением прочности к восприятию динамических нагрузок,

увеличивает электропроводность, поэтому нельзя применять рядом с источником электронапряжения,

требует использования замедлителей схватывания, т.к. при положительных температурах быстро загустевает,

сильно гигроскопичен, при повышенной влажности слеживается и теряет растворимость,

из-за сильной щелочной реакции работать необходимо, соблюдая меры индивидуальной защиты.

Нитрит натрия — производится многими химкомбинатами в виде кристаллического порошка или раствора. Предельная концентрация 0,1-0,4 л/кг цемента.

Плюсы:

хорошо растворяется,

не вызывает коррозии металлов,

повышает скорость твердения и прочность в полтора раза.

Минусы:

из-за щелочной реакции возможна коррозия бетона и появление на поверхности солевых пятен,

ядовит, опасен для жизни человека,

пожаро- и взрывоопасен.

Нитрит-нитрат кальция — производится химической промышленностью как промежуточный продукт получения кальциевой селитры в виде растворов или пасты.

Плюсы:

ускоряет твердение бетона,

не разрушает металл,

доступен по цене.

Минусы:

ядовит,

взрыво- и пожароопасен,

вызывает растрескивание бетона при армировании термически упрочненным металлом.

Нитрит-нитрат-хлорид кальция — смесь солей кальция 1:1:2. Производится из отходов химической промышленности, поэтому очень дешев. Выпускается в виде растворов. По характеристикам очень схож с нитрит-нитратом кальция. Техника безопасности аналогична.

Формиат натрия — производится из отходов нефтеперерабатывающей промышленности. Растворяется в воде с поглощением тепла. Применяется в сочетании с пластификаторами. Допустимая концентрация 2-6% от массы цемента. Спиртовой раствор формиата натрия — прозрачная жидкость коричневатого цвета. Добавляется в воду для затворения бетона.

Мочевина (карбамид) — растворимость в воде хорошая, высолов и пятен не дает. Арматура не корродирует. Взрывоопасен, хранить только в несгораемых помещениях. Понижает температуру замерзания жидкости, применяется также как пластификатор.

Мочевина (карбамид)

Аммиачная вода — 10-12% раствор аммиака в воде. Очень дешевая и эффективная добавка. Широко применяется в строительстве. Отсутствует коррозия металла, не образует высолов. Из минусов — неприятный резкий запах.

Хлорид натрия (поваренная соль) — всем известная пищевая добавка. Безвредна, хорошо растворяется, доступна по цене. Недостатки — вызывает коррозию арматуры, мокрые пятна на поверхности бетона. В соединениях с жирными кислотами хорошо справляется с задачей ускорителя твердения при отрицательных температурах.

Хлорид кальция — недорогая пищевая соль для производства сыров. Нашел применение в качестве противоморозной добавки еще в 1888г. Не токсичен, не горюч, не взрывоопасен. Эффективный ускоритель твердения, может использоваться даже в сочетании с лежалыми цементами. Придает повышенную истираемость бетонам и возможность применять их в устройстве полов, дорожного полотна, тротуаров.

Недостатки: гигроскопичность, может увеличивать усадку бетона. Вызывает коррозию металлов при доступе влаги через слой материала. Поэтому требуется дополнительная защита арматуры. В предварительно напряженных конструкциях такие добавки использовать запрещено.

Комплексные противоморозные добавки содержат в составе дополнительно пластификаторы, замедлители или ускорители схватывания, вещества, уменьшающие коррозию. Это позволяет оптимизировать применение реагентов в конкретных условиях.

Технология бетонирования

Зимний бетон необходимо правильно приготовить. Противоморозную добавку рекомендуется вводить в бетонную смесь, предварительно растворив в воде. Укладка смеси проводится с соблюдением таких правил:

Чтобы не образовалось стыков и расслойки необходимо бетонную смесь заливать непрерывно.

Если на улице идет снег, над местом заливки бетона рекомендуется делать укрытие.
Раствор, вышедший из смесителя, по теплоте должен находиться в пределах +15 — +20 °C.
Воду для приготовления морозоустойчивой смеси рекомендуется подогреть.
Раствор рекомендуется заливать непрерывно, чтобы не образовывалось стыков.

Если приобрести готовую присадку нет возможности, в качестве противоморозной добавки можно использовать хлористую соль. Однако важно иметь в виду, что применение такого способа допустимо только в случае, если в бетонной конструкции нет металлической арматуры.

Пропорции и расход противоморозных добавок

Химические реагенты добавляют в бетон, соблюдая пропорции. Основной показатель для этого — температура воздуха. Чем она ниже, тем больше должна быть концентрация добавки.

Пропорции антифриза для бетона

Пропорции рассчитываются от массы цемента в смеси и обычно указываются на упаковке химического вещества.

Пропорции противоморозных добавок в зависимости от температуры

Если добавка для морозостойкости жидкая, то расход определяется в литрах на куб готового бетона или на количество сухой смеси, например, один мешок (обычно 25 кг).

Расход основных добавок пропорционален массе цемента и зависит от температуры воздуха.

Нужно строго соблюдать дозировку реагентов и не допускать к применению просроченных или слежавшихся химических веществ. В противном случае это может привести к образованию подтеков и солевых пятен на поверхности бетона, а также увеличивает коррозию арматуры и закладных деталей.

Иногда требуется значительное увеличение дозировки реагентов. К этому приводит:

сильный ветер более 6 м/с,

использование лежалого цемента,

не соответствующая крупность наполнителей.

В этом случае увеличение расхода реагентов является оправданным.

Как происходит бетонирование?

Противоморозные компоненты могут вводиться в холодный или предварительно разогретый до комнатной температуры раствор. Выбор конкретного способа зависит от поставленной задачи и возможности доставки смеси в жидком виде к месту применения.

Среднее время от приготовления бетона до начала схватывания составляет около трех часов. Этого достаточно для транспортировки на небольшое расстояние, однако может не хватить для доставки в удаленные регионы.

Для работы в холодное время цистерны цементовозов иногда оснащаются дополнительной системой подогрева, улучшающей подвижность и однородность бетона после перевозки.

Заливка бетона происходит в опалубку и ничем не отличается от стандартной практики бетонирования. В зависимости от рекомендаций производителя добавки, верхнюю поверхность бетона может понадобиться утеплить, накрыв слоем полиэтиленовой пленки или присыпав опилками. Повышение температуры подготовленного таким образом бетона происходит за счет внутреннего выделения тепла во время схватывания.

Использование утепляющего слоя обычно требуется при небольшом количестве противоморозных добавок. Если их доля высока – смесь будет хорошо твердеть в допустимом диапазоне температур без дополнительного утепления или подогрева.

Про области использования противоморозных добавок в зимнем бетоне читайте ниже.

О процессе бетонирования с использованием противоморозных добавок расскажет следующее видео:

Применение противоморозных добавок в бетон

Для наиболее эффективного действия ускорители твердения рекомендуется применять в виде растворов. Марка используемого цемента должна быть не ниже ПЦ 400. Работы проводить при температуре до -15°.

Некоторые добавки допускается применять при более низких температурах. Способы приготовления бетона в стационарных условиях бетонорастворных узлов и на строительных площадках под открытым небом различаются.

Последовательность приготовления бетона с противоморозными добавками в полевых условиях:

Подогреть для раствора воду или готовый концентрат до 40-80°.
Приготовить раствор из воды и сухого химического реагента необходимой концентрации (или жидкого концентрата). Все компоненты тщательно размешать в бетономешалке до исчезновения осадка.
Засыпать цемент, песок и щебень в необходимых пропорциях.
Перемешивать не менее 2-3 мин.
Приступить к бетонированию.

Применение противоморозных добавок

Некоторые добавки рекомендуется смешивать с цементом в сухом виде. Перед приготовлением бетонной смеси нужно внимательно ознакомиться с инструкцией.

Меры безопасности при работе с противоморозными добавками

Поскольку химические вещества, применяемые в качестве ускорителей затвердевания, часто агрессивны в отношении человека, нужно выполнять следующие мероприятия:

Применять средства защиты — перчатки, респираторы, резиновую обувь.
Избегать попадания на слизистые оболочки и глаза.
Не готовить и не принимать пищу в помещениях, где хранятся химреактивы.
Если вещества относятся к пожаро- и взрывоопасным, соблюдать меры противопожарной безопасности.

Как заливать бетон зимой

Производство работ при низких температурах с использованием бетона с противоморозной добавкой требует соблюдения некоторых рекомендаций:

Если материал нужно транспортировать, это допускается делать в неутепленной таре, защищенной от атмосферных осадков. При долгой транспортировке добавляют вещества, препятствующие быстрому схватыванию и расслоению смеси, утепляют емкость.

Перед укладкой бетонной смеси очищают опалубку или ранее уложенный слой бетона от снега и наледи. Можно прогреть поверхность с помощью тепловой пушки или индукционных обогревателей.

Укладку производят непрерывно. Во время перерывов поверхность утепляют, укрывают или обогревают.

При сильном ветре и снегопаде бетонирование производят под укрытием, например, шатром или тепляком.

Заливка бетона зимой

Технические характеристики

Частые изменения температурного режима пагубно влияют на качество схватывания обычного бетонного конгломерата. Использование противоморозных добавок повышает стабильность раствора не только при понижении температуры, но и ее периодических колебаниях. Статистический материал, собранный за десятилетия эксплуатации противоморозных бетонов, свидетельствует об отсутствии возникновения дефектов при изменении температурного режима схватывания.

Применение ускорителей затвердевания обеспечивает увеличение прочности бетона на сжатие, что позволяет снизить габариты конструкции и сократить расход стройматериалов на 5-10 %.

Условием возникновения данного эффекта является соблюдение температурного режима схватывания, определяемого производителем для каждой присадки. Нарушения в процессе приготовления и применения раствора могут привести к существенному понижению прочности бетонного слоя.

Про набор прочности бетона с противоморозными добавками расскажем вам далее.

Уход за бетоном

Выдерживать бетон необходимо с соблюдением некоторых условий:

Защищают открытые поверхности от потери влаги гидроизоляцией из рубероида или пленок.

Открытые забетонированные поверхности защищают рубероидом или пленками

Утепляют конструкции слоем теплоизоляции — войлока, песка, снега. Это нужно, чтобы сохранить температуру для набора бетоном критической прочности.

Снимают опалубку только после набора бетоном 30% прочности.

После освобождения от опалубки конструкции временно утепляют, если разница температур воздуха и бетона свыше 20°.

Включение антиморозных веществ в состав смеси не исключает ухода за бетоном в течение начального периода затвердевания.

Плюсы и минусы использования противоморозных добавок

Применение химических реагентов при производстве бетонных работ содержит ряд преимуществ:

возможность проводить бетонирование при низкой температуре,

возрастает скорость набора бетоном критической прочности, при которой можно продолжать работы и нагружать конструкции,

улучшаются прочностные характеристики материала, возрастают прочность и морозоустойчивость,
улучшаются свойства, связанные с производством работ: пластичность, подвижность и стабильность смеси,

уменьшается расход воды, расслаивание бетона при транспортировке,

некоторые добавки уменьшают коррозию металлических составляющих железобетона,

усадка и растрескивание конструкций сводятся к минимуму,

уменьшается себестоимость возведения конструкций в связи с сокращением затрат на обогрев монолита.

К недостаткам можно отнести:

опасность при использовании некоторых ядовитых ускорителей твердения при производстве работ, а также при эксплуатации жилых помещений,

некоторые добавки повышают коррозию металлов арматуры, поэтому не допускаются к применению в предварительно напряженных конструкциях,

при неправильной технологии возрастает риск появления солевых пятен на поверхности монолита.

Добавки и их виды

Добавление пластификаторов в бетон позволяют не терять смеси своих качеств, делая ее прочной и влагонепроницаемой.
Качественные добавки для зимнего бетонирования позволяют заливать бетон при температуре от -5 градусов до -35. При этом раствор будет твердеть правильно, без расслаивания и потери заявленных свойств. Существуют такие разновидности зимних присадок для бетонного раствора:

Пластификаторы. Делают смесь концентрированной, прочной, влагонепроницаемой. Во время заливки бетона получается равномерный слой, без внутренних пустот. Расход воды для замешивания раствора небольшой, благодаря содержанию в присадке специальных микрочастиц, масса лучше удерживает влагу.
Ускорители твердения. Такие противоморозные добавки в раствор способствуют быстрому затвердению бетонной массы. Готовое изделие получается высокопрочным, надежным.
Регуляторы подвижности. Продлевают период использования готового бетонного раствора. Присадки добавляются при перевозках массы на дальнее расстояние в зимнее время.
Морозоустойчивые. Незамерзайка-антифриз, позволяющая проводить зимнее бетонирование при минусовых показателях термометра.
Коррозионностойкие. Присадки для обустройства фундаментов и стеновых конструкция, защищающие поверхность от окисления, мороза.
Комплексные. Значительно повышают эксплуатационные характеристики бетонного изделия, защищают арматуру, упрочняют сооружение.

Применение противоморозных добавок летом

В жаркую погоду температура достаточна для быстрого схватывания бетона. Но, как правило, это происходит при низкой влажности.

Влага с поверхности бетона быстро испаряется, смесь оказывается обезвоженной. Ситуация аналогична той, при которой вода в составе материала замерзает при отрицательной температуре.

Цементное вяжущее в условиях недостатка влаги не проходит полноценно процесс гидратации. Вследствие этого бетон не приобретает соответствующую марочную прочность. Его структура остается неоднородной. В глубине образуются полости, а на поверхности — трещины. Зимой при многократных циклах замерзания-оттаивания такой бетон быстро разрушается.

Применение противоморозных добавок позволяет ускорить схватывание и улучшить гидратацию цемента при быстром испарении воды. Это положительно сказывается на свойствах и характеристиках бетонов, производимых в жаркую маловлажную погоду.