Betonowanie w obniżonych temperaturach

Przy wykonywaniu betonów w ujemnych temperaturach
istotne znaczenie ma zabezpieczenie świeżego betonu
przed zamarznięciem, a w każdym razie opóźnienie tego
procesu, aby mogły przebiegać reakcje chemiczne między
cementem i wodą mające decydujący wpływ na
wytrzymałość betonu.

Bardzo często dążąc do skrócenia czasu realizacji
budowy oraz efektywniejszego wykorzystania maszyn
i siły roboczej, betonowania prowadzi się w
warunkach obniżonych temperatur. Pod pojęciem
niskich temperatur przyjmuje się okres, w którym
średnia temperatura dobowa jest niższa niż +5°C, a
temperatura minimalna może spaść poniżej 0°C.
Mieszanka betonowa zamarza w temperaturze od -
1

°C do -3°C. Jest to tzw. temperatura krytyczna, przy

której w betonie zamarza około 50% wody wolnej. Po
rozmrożeniu świeżo ułożonego betonu i
podwyższeniu temperatury do normalnych warunków,
twardnienie jest możliwe, lecz przebiega wolno i beton
osiąga znacznie mniejszą wytrzymałość.

Woda w mieszance betonowej zamarza w temperaturze
niższej od 0°C, ponieważ po zetknięciu się cementu z wodą
rozpuszcza się w niej wiele składników, głównie alkaliów,
które obniżają temperaturę zamarzania. Szkodliwe działanie
mrozu nie jest duże, gdy wbudowany beton uzyska tzw.
krytyczną (mrozową) wytrzymałość na ściskanie
0,2 R

> 5 MPa i dopiero później zamarznie.

Po rozmrożeniu, twardnienie takiego betonu przebiega
dalej w sposób prawidłowy. Zamarznięcie części lub całości
wody zarobowej w dojrzewającym betonie niemal zupełnie
hamuje procesy wiązania oraz wywołuje naprężenia
wewnętrzne w wyniku zwiększenia objętości wody
przechodzącej w lód.

Sposoby na zimę

Przy wykonywaniu robót betonowych w warunkach
zimowych zaleca się zatem stworzenie warunków
dojrzewania pozwalających na to, aby w jak najkrótszym
czasie uzyskać możliwie najwyższą wytrzymałość betonu. W
celu umożliwienia wykonywania betonu w warunkach
obniżonych temperatur stosowane są następujące zabiegi:
• modyfikacja składu mieszanki betonowej poprzez
odpowiedni dobór: domieszek do betonu, ilości i rodzaju
cementu, kruszyw, wskaźnika wodno-cementowego (W/C),
• podgrzewanie składników mieszanki betonowej lub
mieszanki betonowej parą wodną podczas mieszania,
• zabezpieczanie dojrzewającego betonu przed działaniem
ujemnych temperatur.

Domieszki

Jednym ze środków ułatwiających prowadzenie prac są domieszki. W
warunkach obniżonych temperatur zaleca się stosowanie domieszek,
które powodują: przyspieszenie wydzielania ciepła hydratacji
cementu, obniżenie temperatury zamarzania wody w betonie,
redukcję wody zarobowej w mieszance betonowej, przyspieszenie
wiązania cementu w betonie, przyspieszenie twardnienia betonu.
Domieszki przeciwmrozowe (brak takiego pojęcia w normie PN-EN
934-2: 2002 Domieszki do betonu, zaprawy i zaczynu Część 2:
Domieszki do betonu. Definicje, wymagania, zgodność, znakowanie i
etykietowanie oraz Zmiana A1 i A2) wykazują jedną z podanych cech
bądź też kombinację kilku cech. Głównym zadaniem tych domieszek
jest przyspieszenie narastania wytrzymałości początkowej betonu i
tym samym skrócenie czasu niezbędnego do osiągnięcia przez beton
wytrzymałości mrozowej (5 MPa) lub obniżenie temperatury
zamarzania wody zarobowej, co umożliwi przebieg hydratacji, a tym
samym rozwój wytrzymałości betonu w ujemnych temperaturach.

Wszystkie wiodące firmy domieszkowe na polskim rynku posiadają w
swojej ofercie domieszki szczególnie polecane do stosowania w
warunkach zimowych:
• domieszki przyspieszające wiązanie,
• domieszki redukujące wodę zarobową;
• domieszki przyspieszająco-upłynniające
• domieszki przyspieszające twardnienie.

Należy pamiętać, że zastosowanie domieszek chemicznych
umożliwiających betonowanie w temperaturach ujemnych i
uzyskanie przez beton wymaganych wytrzymałości wczesnych nie
zwalnia wykonawcy z odpowiedzialności za ochronę młodego
betonu w konstrukcji. Domieszki te są jedynie środkiem
ułatwiającym prowadzenie prac. Przy ich doborze należy upewnić się
czy domieszka nie obniża wytrzymałości końcowej betonu.

Zasady betonowania w warunkach zimowych

• Temperatura początkowa mieszanki betonowej powinna być
wyższa od temperatury mieszanki ułożonej w szalunku z
uwzględnieniem strat ciepła powstających przy mieszaniu w
betoniarce, transporcie oraz w trakcie układania mieszanki
betonowej.
• W przypadku, gdy nie przewiduje się podgrzewania szalunku
niezbędne jest uwzględnienie strat ciepła w mieszance ze względu
na odbieranie ciepła z mieszanki przez szalunek, warstwy
ocieplające oraz ułożone zbrojenie.
• Określając początkową temperaturę mieszanki betonowej należy
uwzględniać ciepło uzyskane z podgrzania kruszywa i wody oraz
ciepło uzyskiwane w wyniku hydratacji cementu w czasie
twardnienia betonu. Podgrzewając wodę i kruszywo należy
uważać, aby temperatura wody w chwili zetknięcia się z cementem
nie była wyższa niż 38°C.

Przy ustalaniu temperatury mieszanki betonowej wychodzącej z
mieszalnika należy mieć na uwadze odległość jej transportu. Im
dalszy jest transport mieszanki betonowej, tym odpowiednio wyższa
powinna być jej temperatura przy wyładunku z mieszalnika.
• Przed przystąpieniem do układania mieszanki betonowej, szalunki
i zbrojenie należy dokładnie oczyścić z lodu i śniegu.
• Pielęgnacja betonu w okresie obniżonych temperatur polega na
osłonięciu powierzchni poziomych plandekami lub folią przykrytą
dodatkowo warstwą mat słomianych, płyt pilśniowych porowatych
lub płyt styropianowych o grubości 5 cm. Można stosować również
elektryczne maty grzewcze. Dobry efekt cieplny daje również
przykrycie warstwowe złożone z warstwy folii termochronnej
(bąbelkowej), warstwy suchej geowłókniny przykrytej z wierzchu
warstwą folii. Warstwowe ocieplenie wykonanego elementu jest
korzystniejsze z uwagi na możliwość sterowania temperaturą w
dojrzewającym elemencie (w zależności od potrzeb można
stopniowo redukować temperaturę poprzez ściąganie kolejnych
warstw ocieplenia).

• Przy wykonywaniu elementów masywnych bezwzględnie zaleca się

stały monitoring temperatury dostarczanej mieszanki betonowej,
wbudowanego betonu, jak i temperatury powietrza. Wbudowanie
mieszanki betonowej o zbyt wysokiej temperaturze może spowodować
dużą dynamikę narastania ciepła w konstrukcji, a tym samym
prowadzić do uzyskania bardzo wysokiej temperatury wewnątrz
betonowego elementu. Skutkiem tego mogą być duże gradienty
temperatur (przekraczające 20°C), powodujące powstawanie rys
termicznych mogących osłabić strukturę betonu.
• W okresie obniżonych temperatur zachodzi potrzeba zaostrzenia
kontroli jakości robót. Kontrola powinna obejmować przede wszystkim
te fazy wykonywania robót, które decydują o bezpieczeństwie
wznoszonego obiektu oraz o zachowaniu wymagań określonych w
projekcie, normach lub warunkach technicznych wykonania i odbioru
robót. Wykonawca robót powinien mieć świadomość, że wykonywanie
elementów konstrukcyjnych z betonu cementowego w warunkach
obniżonych temperatur jest czasochłonne, kosztowne i trudne
technologicznie.