Добавки для бетона в холодный период года

Белорусские ТНПА определяют холодный период года, как период времени с ожидаемой среднесуточной температурой наружного воздуха ниже +5 °C и минимальной суточной температурой ниже 0° C.

Однако сложности в проведении бетонных работ начинаются еще раньше – с уменьшением температуры на каждые 10 °C удваиваются сроки схватывания цементного теста в бетоне. Существенно уменьшается скорость набора прочности бетона. Увеличиваются сроки выдерживания и ухода до достижения бетоном необходимой распалубочной или критической прочности.

Поэтому бетонирование в демисезонный и холодный период года требует соблюдения ряда обязательных условий, связанных с назначением соответствующих составов товарного бетона, режимов транспортирования, укладки и выдерживания бетона.

Белорусская строительная практика не предполагает увеличение расхода цемента в товарных бетонах в зимний период (СНиП 5.01.23). В демисезонный период (температура 10–12 °C и ниже) используются химические добавки – пластификаторы и ускорители схватывания и твердения, в холодный период года – комплексы из противоморозных и пластифицирующих добавок в сочетании с «зимними» специальными режимами выдерживания бетона (термос, прогрев электродами, греющими проводами, теплогенераторами и т. д.).

Демисезонный период года

В демисезонный период года (при температуре от 0 °C до 
10–12 °C) основной задачей строителей является быстрое достижение распалубочной прочности бетона монолитных несущих железобетонных конструкций.

Ускоренное твердение бетона может быть достигнуто следующими путями:

1) применением катализаторов процесса гидратации цемента в виде ускорителей схватывания и твердения;

2) использованием бетонов с пониженным водоцементным отношением, которое достигается при использовании пластификаторов или увеличении их дозировок;

3) совместным использованием пластификаторов и ускорителей твердения;

4) повышением температуры выдерживания бетона путем прогрева конструкций, утепления уложенного бетона в конструкциях.

Для решения практических задач сочетание ускоряющего эффекта от пластификаторов за счет сильного снижения водоцементного отношения и ускоряющего эффекта ускорителей твердения – распространенный и очевидный путь для повышения прочности бетона в раннем возрасте. Ведь относительная эффективность многих ускорителей твердения возрастает при уменьшении температуры от 20 до 10 или 5 °C.

При пониженных температурах предпочтительно использовать пластификаторы на основе поликарбоксилатов или нафталинсульфонатов, так как содержащие редуцирующие сахара лигносульфонаты могут значительно замедлить набор прочности бетона.

Поликарбоксилатные добавки сегодня являются наиболее эффективными пластификаторами цементных систем. Они обеспечивают лучшую сохраняемость бетонной смеси, имеют низкие дозировки, лучше хранятся при пониженных и даже отрицательных температурах среды.

Добавки на основе полинафталинсульфонатов отличаются «всеядностью», т. е. менее чувствительны к химическому составу цемента.

В отличие от относительно новых поликарбоксилатов опыт использования ускорителей схватывания и твердения бетона насчитывает более 100 лет. Так, в качестве ускорителей твердения используют ряд неорганических и органических солей и соединений. Наибольшее распространение получили удобные при использовании водорастворимые соединения – неорганические нитриты, нитраты, карбонаты, тиоционаты, тиосульфаты щелочных и щелочноземельных металлов. Также используются органические соединения – кальциевые соли муравьиной, уксусной кислот, алканоламины.

Поскольку на производстве не всегда есть возможность ввода в бетонную смесь одновременно двух модификаторов, то производители добавок предлагают в качестве решения готовые комплексные добавки. Так, хорошо зарекомендовал себя модификатор Полипласт ПК, представляющий собой поликарбоксилатный пластификатор с мощным ускоряющим комплексом. Бетон с добавкой имеет сохраняемость не менее двух часов, а сама добавка хранится до 0 °C без выпадения осадка.

Накоплен многолетний опыт работы с добавкой Реламикс Тип 2, с использованием которой ведется строительство железобетонных конструкций инфраструктуры Белорусской АЭС. Несмотря на то, что добавка используется главным образом для сборного бетона, производитель – ПолипластХИМ – рекомендует использовать ее и для демисезонного периода, так как добавка содержит пластифицирующую составляющую на основе нафталинсульфонатов и ускоряющий комплекс.

Холодный период года

При бетонировании при отрицательных температурах воздуха основные усилия направлены на поддержание положительной температуры твердения в бетоне, обеспечение максимально быстрого набора прочности и уменьшение времени ухода за бетоном. Это сложнейшая комплексная задача, которая требует выполнения следующих работ:

• корректировка состава бетона, предусматривающая применение специальных добавок (противоморозных и ускоряющих) в зависимости от выбранного способа выдерживания, типа конструкций и условий их эксплуатации;

• меры по обеспечению требуемой температуры бетонной смеси на выходе из смесителя (подогрев воды, заполнителей), рассчитанной с учетом теплопотерь при транспортировке, подаче в опалубку, укладке и уплотнении и т. д.;

• меры по исключению замерзания бетонной смеси до начала обогрева бетона, в т. ч. при контакте с непрогретым основанием, старым бетоном, арматурой;

• выдерживание бетона по режиму, выбранному в зависимости от минимальной температуры воздуха, вида конструкции (в частности, модуля поверхности), предпочтительных средств обогрева бетона.

Следует учитывать, что многие противоморозные добавки имеют ограниченную область применения в силу их отрицательного влияния на состояние арматуры или бетона в зависимости от условий эксплуатации конструкций. Ограничения по применению ПМД изложены в ТКП 45–5.03–21–2006 «Бетонные работы при отрицательных температурах воздуха. Правила производства».

Все противоморозные добавки делятся на индивидуальные и комплексные.

Индивидуальные («антифризы») противоморозные добавки на белорусском рынке представлены главным образом солями (нитрит натрия, формиат натрия, поташ, нитрат кальция). Их необходимо комбинировать с пластификаторами. Использование индивидуальных противоморозных добавок и пластификаторов позволяет оперативно реагировать на изменение температуры воздуха, исключает передозировку противоморозного или пластифицирующего компонента.

С другой стороны, существует проблема совместимости различных модификаторов бетона. Ведь противоморозные добавки могут как увеличить, так и уменьшить разжижающее действие пластификаторов. Кроме этого, следует учитывать то, что ряд противоморозных добавок (нитрат кальция, поташ) ускоряет не только твердение, но и схватывание бетона, что может явиться причиной неудовлетворительной сохраняемости бетонной смеси.

Нюансы сочетания различных компонентов учтены при разработке комплексных добавок, которые представляют собой пластифицирующий, противоморозный компоненты и, при необходимости, замедлители, воздухововлекающие добавки и т. д.

Большинство представленных на нашем рынке добавок – комплексные. Для возведения конструкций Белорусской АЭС была выбрана комплексная добавка Криопласт СП15. Повсеместно используются и другие представители линейки Криопласт: Криопласт ПК, Криопласт П25, Криопласт Экстра производства ПолипластХИМ.

Отдельно следует сказать о дозировках противоморозных добавок.

Противоморозные добавки характеризуются самыми высокими дозировками среди других модификаторов бетона. Это связано с тем, что для понижения температуры замерзания жидкой фазы в бетоне требуется обеспечить определенную концентрацию противоморозного компонента в воде затворения. Большинство белорусских добавок имеет дозировки 2,5–5 % от массы цемента по сухому веществу в расчете на –15 °C.

Однако в последнее время появились противоморозные добавки с пониженным дозировками – 0,4–1 % по сухому веществу от массы цементы в расчете на –15 °C. Данный тип добавок, увы, не содержит каких-либо принципиально новых противоморозных компонентов. Появление таких добавок стало возможным лишь благодаря введению в России нового стандарта на добавки – ГОСТ 24211. Требования стандарта в части противоморозных добавок значительно мягче, чем в старом советском ГОСТе и в нашем белорусском СТБ 1112.
Поэтому под определение «противоморозная добавка» стали попадать модификаторы бетона, которые в представлении белорусских технологов вовсе и не являются противоморозными. Наиболее существенно данный факт отмечается при оценке реальной кинетики набора прочности бетонов при отрицательных температурах от –15 °C и ниже.

Несмотря на стремление к минимизации дозировок противоморозных добавок, нужно осознавать, что не существует противоморозных компонентов, способных обеспечить твердение «холодного» бетона (т. е. бетона, твердеющего без внешних источников тепла) при –15 °C в дозировках 0,4–1  % по сухому веществу, во всяком случае при количестве воды затворения, принимаемой для обычных рядовых составов бетонов классов С12/15–С25/30.

Для того чтобы облегчить выбор противоморозной добавки, приведена таблица с краткой характеристикой комплексных добавок, представленных на белорусском рынке.

В любом случае обеспечение кинетики набора прочности и необходимых проектных характеристик в зимний период – сложная комплексная задача, решаемая не только грамотным составом бетона, верным выбором добавок, но и осмысленной совместной работой по укладке, выдерживанию и уходу совместно с инженерно-техническим персоналом изготовителей монолитных конструкций и службами качества.

Добавка	Пластифицирующая основа	Исп-е при t°	Доз-rа по сухому в-ву, от МЦ на -15°С	Характеристика добавки	Примечания
Криопласт П 25	Нафталинсульфонаты	до – 25 °С	до 5 %	Умеренная пластифицирующая способность. Мощный противоморозный и ускоряющий эффект. Допускается отсутствие прогрева бетона до температуры -20 °С	Хранение в жидком виде до -20…25°С. Доступна в сухом виде
Криопласт СП 15	Нафталинсульфонаты	0…– 20 °С	до 3,5 %	Универсальные зимние добавки Сильная пластифицирующая способность. Сильный противоморозный, ускоряющий эффект	Хранение в жидком виде до -15°С. Доступна в сухом виде
Криопласт ПК	Поликарбоксилаты	0…– 20 °С	до 2,5 %		Хранение до -30°С без выпадения осадка и кристализации
Криопласт Экстра	Поликарбоксилаты	+ 10… – 15°С	до 0,65 %	Чрезвычайно сильная пластификация. Содержит комплекс солей-ускорителей. Рекомендована для демисезонного периода для ускорения набора прочности. Использовать только для «теплого» бетона	Хранение до -30°С без выпадения осадка и кристализации

Кандидат технических наук Калиновская Н.Н.