Betonowanie w warunkach zimowych

Beton jest kompozytem składającym się ze spoiwa, kruszywa, ewentualnych dodatków oraz wody. Ostatni czynnik jest najważniejszy w przypadku betonowania w warunkach zimowych - już poniżej 4°C rozpoczyna się proces zmiany wody z fazy ciekłej w fazę stałą oraz wzrost objętości. To z kolei, w wyniku powstających naprężeń, doprowadza do zniszczenia struktury tworzącego się kompozytu betonowego.

Pielęgnacja i dojrzewanie betonu
Polska norma PN-88/B-06250 definiuje warunki w jakich następuje dojrzewanie betonu:

• warunki laboratoryjne o temperaturze 20 +/- 2°C i wilgotności względnej powietrza powyżej 90%,

• warunki naturalne, gdy średnia dobowa temperatura otoczenia jest wyższa niż 10°C,

• warunki obniżonych temperatur, gdy średnia dobowa temperatura otoczenia jest niższa niż 10°C,

• warunki zimowe, gdy średnia temperatura dobowa wynosi mniej niż 5°C,

• warunki podwyższonej temperatury, które są stosowane podczas termicznych zabiegów mających na celu przyspieszenie dojrzewania betonu.

_{Przez średnią dobową temperaturę należy rozumieć temperaturę, której wartość określa się ze wzoru T[śr] = ( T[7] + T[13] + 2xT[21])/4
gdzie: T[7], T[13], T[21] to temperatura otoczenia mierzona o godzinach 7, 13 i 21}

W naszej strefie klimatycznej, należy zwrócić uwagę na wykonywanie i pielęgnację betonu w warunkach obniżonej temperaturze. Procesy wiązania cementu rozwijają się wtedy powolnie. Świeży beton należy więc chronić przed zamarzaniem do czasu uzyskania określonej odporności na zamrażanie. Tę odporność beton uzyskuje w momencie, kiedy można zabezpieczyć go przed zawilgoceniem, dzięki czemu unika się pęcznienia wody pochłoniętej przez beton w warunkach obniżonej temperatury.

W warunkach niskiej temperatury można stosować kilka zabiegów technologicznych, które zapewniają właściwe prowadzenie robót betonowych.

Modyfikacja mieszanki betonowej
Metoda modyfikacji mieszanki betonowej w warunkach obniżonej temperatury polega na zastosowaniu cementów wyższych klas (co najmniej 42,5) lub cementów szybkosprawnych ( 42,5R), a także użyciu domieszek i dodatków chemicznych, umożliwiających szybki przyrost wytrzymałości i szczelności betonu. Są to dodatki i domieszki przyspieszające twardnienie, obniżające temperaturę zamarzania wody zarobowej, napowietrzające oraz plastyfikujące. Często stosuje się gorące mieszanki betonowe. Mieszankę taką wykonuje się poprzez podgrzanie składników i ich wymieszanie. Beton szybciej uzyskuje wówczas założoną wytrzymałość.

Zachowanie ciepła
Ochrona mieszanki betonowej i dojrzewającego betonu przed utratą ciepła ma zapobiegać ostygnięciu betonu przed uzyskaniem założonej wytrzymałości. Stosuje się w tym celu osłony izolacyjne - maty słomiane lub płyty izolacyjne.
Aby zapobiec ostygnięciu betonu w zimie, praktykuje się ogrzewanie betonu poprzez nawiew ciepłego powietrza, pary wodnej lub wykorzystując nagrzewnice elektryczne.
Betony podgrzewa się także za pomocą promieniowania podczerwonego. Przeważnie metodę tę stosuje się do elementów mało i średniowymiarowych. Energia wyprodukowana przez promienniki ciepła ogrzewa wnętrze betonowego elementu.

Zastosowanie cieplaków
Cieplaki to prowizoryczne budowle, które przykrywają wykonywane konstrukcje betonowe i stanowią dla nich osłonę izolującą od niekorzystnego oddziaływania środowiska zewnętrznego. W cieplakach utrzymuje się wyższą temperaturę w porównaniu do otoczenia. Jest to kosztowny zabieg technologiczny, mający uzasadnienie jedynie w przypadku konieczności zachowania bądź przyspieszania ciągłości robót.

Przyspieszone dojrzewanie betonu, przy wykorzystaniu energii cieplnej, prowadzi do tworzenia zwartych struktur międzycząsteczkowych. Jest to często stosowany zabieg zapobiegający destrukcyjnemu oddziaływaniu mrozu.
Przyspieszenie dojrzewania ma umożliwić wcześniejsze obciążenie konstrukcji, transport, montaż elementów, a także szybką rotację form w zakładach prefabrykacji.
Betony monolityczne można nagrzewać nie wcześniej niż:
- 6 godzin po ułożeniu betonu, przy początkowej
temperaturze 10°C
- 8 godzin po ułożeniu betonu, przy początkowej
temperaturze 5°C.
Beton nagrzewany przed tym czasem nie uzyskuje odpowiedniej wytrzymałości, a tym samym właściwego stanu struktury wewnętrznej, istnieje więc niebezpieczeństwo zbyt szybkiego odparowania wody, a tym samym przerwanie procesu dojrzewania.
Nie należy ogrzewać betonu powyżej 75°C. Mogą bowiem wystąpić takie skutki, jak przy zbyt wczesnym podgrzewaniu. Elementy nagrzewane powinny być w miarę szczelnie przykryte powłoką ochronną (folią itp.).

Działanie niskiej temperatury
Woda zarobowa - główny składnik mieszanki betonowej - może ulec zamrożeniu w niskiej temperaturze. Jeżeli nastąpi to przed rozpoczęciem procesu wiązania cementu, spowoduje jego zahamowanie. Najbardziej niebezpieczne jest działanie mrozu na świeżo ułożony beton. Naprężenia wywołane zamarzaniem wody, niszczą powstałe w wyniku hydratacji wiązania strukturalne. Prowadzi to również do zmniejszenia ilości reaktywnej cementu, bowiem część zniszczona wskutek zamrażania nie zostaje wykorzystana. Dlatego też wytrzymałość końcowa betonu zależy od pozostałej ilości cementu.




Rys. Pęcznienie betonu wskutek zamrażania po 12 godzinach dojrzewania w warunkach normalnych




Rys. Pęcznienie betonu wskutek zamrażania po 24 godzinach w warunkach normalnych





Rys. Pęcznienie betonu wskutek zamrażania po 48 godzinach w warunkach normalnych

Czas i wytrzymałość krytyczna
W obniżonej temperaturze następuje wolniejszy przebieg procesów hydratacji, a w rezultacie wolniejszy przyrost wytrzymałości betonu. Na podstawie badań można stwierdzić, że świeży beton, przed uzyskaniem wytrzymałości około 5 MPa, jest szczególnie narażony na destrukcyjne działanie mrozu. Badania własne autora dowodzą, że w przypadku betonów zwykłych czas ten można określić na około 3-7 dni, natomiast w przypadku betonów wysokowartościowych 1-3 dni.


Czas uzyskania wytrzymałości
Dla stosowanych w Polsce cementów, głównie klas 32,5; 42,5; 52,5, rozróżniono i określono czas potrzeby do uzyskania minimalnej wytrzymałości komponowanego z nich betonu, zapewniający uodpornienie betonu na zamrażanie.

Czas uzyskania wytrzymałości betonu zapewniającej odporność na zamrażanie

Rodzaj cementu

Temperatura dojrzewania +10⁰C

Temperatura dojrzewania +5⁰C

 

Cement portlandzki CEM I 32,5R; 42,5R; 52,5R

12 godz.

12 godz.

Cement portlandzki CEM I 32,5; 42,4; 52,5

36 godz.

48 godz

Cement hutniczy CEM III 32,5; 42,5

36 godz.

48 godz.

Producenci dodatków i domieszek do betonów


Przemysław Stawiarski

Praca pochodzi z serwisu www.e-sciagi.pl

---