Vlastnosti zimní betonáže

Debata o tom, zda je možné betonovat v zimě, probíhá každou stavební sezónu. Chcete-li konečně porozumět detailům tohoto procesu a sami se rozhodnout, zda to stojí za riziko, nebo zda je lepší počkat do jara, má smysl zjistit, jaké změny se vyskytují uvnitř cementové směsi. Realnoe Vremya také shromáždil rady od profesionálů z oboru, jak „izolovat“ stavební práce, aby se ani lití betonu v zimě nestalo něčím nemožným.

Co se děje uvnitř cementové směsi

Proces tuhnutí směsi cementu a vody se nazývá hydratace. Začíná okamžitě po namíchání roztoku, ale beton netvrdne okamžitě. Po nalití roztoku z míchačky betonu do připraveného bednění začnou postupné fáze tvrdnutí materiálu.

Nejprve roztok tuhne – to trvá od jedné do dvaceti hodin (v závislosti na složení směsi a venkovních podmínkách).

Druhou fází je vytvrzení roztoku. Během měsíce získá roztok až 90 % své konečné pevnosti. Poté beton během používání dále tvrdne.

Jak hydratace probíhá přímo závisí na teplotě vzduchu. Pokud je venku +5°C, proces tuhnutí začíná několik hodin po nalití a trvá asi 10 hodin. Je-li okno +20°C, vytvrzování začne do tří hodin po nalití.

Stavebníci se domnívají, že beton je nejlepší nalít při okolní teplotě +5°C až +30°C. Teplota směsi by měla být do +30°C v létě a na podzim a do +70°C v chladném období vlivem ohřevu komponentů teplým vzduchem nebo párou. To jsou nejlepší podmínky pro hydrataci.

Betonovat v horkém počasí není nejlepší nápad

V zimě, pokud je venku stabilní mínus, může roztok před dokončením tuhnutí zamrznout. A to betonové směsi samozřejmě neprospívá. Extrémní vedra v létě ale také nejsou nejvhodnější dobou pro lití betonu. Faktem je, že pokud je ulice teplejší než +30 stupňů, směs se během chemické reakce zvětší. Po vzniku cementového kamene se musí nevyhnutelně ochlazovat a smršťovat, tomu však zabrání rychle vzniklá krystalická struktura. V důsledku toho, pokud se směs nechá ztuhnout při extrémně vysoké teplotě, vznikne v betonu silné vnitřní pnutí – a později může jednoduše prasknout.

Jedno z pravidel pro práci v létě: betonovat je lepší brzy ráno nebo večer než v horkých hodinách. A ještě něco – beton je nutné chránit před případnou dehydratací. A abyste to udělali, aby se vlhkost ze směsi neodpařovala, můžete udělat následující věci: pokrýt povrchy pilinami, hoblinami nebo alespoň pískem; navlhčete výplň z konve nebo zalijte dřevěné bednění vodou z kbelíků.

Ale ani v mrazech to není jednoduché

Při nízkých teplotách se hydratace zpomaluje. Nalitý beton nestihne získat sílu, než úplně zmrzne. Již při nulové teplotě se tvrdnutí roztoku ve vnější vrstvě betonu zcela zastaví. V hlubších vrstvách proces pokračuje několik hodin, dokud všechny komponenty nevychladnou. Voda nestihne reagovat s cementem – zamrzne dříve. A jelikož led zabírá větší objem, narušuje se struktura betonu.

Pokud však není kam jít a je třeba za každou cenu betonovat základ, stavitelé najdou cestu ze situace pomocí improvizovaných metod. Existuje několik technologií a technických prostředků, kterými se lze pokusit výše uvedeným problémům vyhnout.

1. Před litím zahřejte betonové prvky (voda, drť, cementová směs) nebo bednění.
2. Uvnitř základové desky nebo pásů položte vyhřívaný kabel.
3. Nainstalujte horkovzdušné pistole kolem základu na první tři dny a zapněte je.
4. Zakryjte celý základ fólií a vytvořte tak nějaký skleník.
5. Do směsi přidejte činidla, která sníží teplotu krystalizace vody nebo urychlí dobu tvrdnutí základu.

Každá z těchto technologií však komplikuje proces výstavby a zvyšuje její cenu. Proto se používají především ve vícepodlažní výstavbě, nikoli v soukromé výstavbě.

Co tedy dělat?

Pokud je nežádoucí odložit stavbu a venku není příliš chladno, můžete použít portlandský cement se zvýšenou rychlostí tvrdnutí (jeho označení má písmeno R). Pro jeho použití se nejprve dvě třetiny vody zahřejí na asi 70 stupňů. Poté se k němu přidá písek a štěrk. Nakonec se do směsi přidá zbývající třetina vody a cementu.

Toto řešení je třeba hnět dvakrát déle než obvykle. Doba vibračního zhutňování se také prodlužuje jedenapůlkrát. Před nalitím roztoku zkontrolujte, zda na bednění není led nebo sníh. Zahřejte podkladovou vrstvu. Po nalití betonu musíte jeho povrch pokrýt polymerovým filmem – ochrání povrch před rychlým zamrznutím.

Pokud to vše ve vás nevzbuzuje důvěru, pak je lepší počkat, až teplota vzduchu stoupne na +5 stupňů a více. Zimní plnění je však spojeno s následujícími finančními ztrátami:

• rozpočet stavby se zvyšuje o třetinu;
• ani tání není důvodem, proč při zimních pracích nepřidávat protimrazové přísady;
• v zimě budete muset objednat hotový beton (prostě ho nelze připravit na místě), proto budete muset objednat i dodávku;
• a aby bylo možné ohřát to, co se nalévá, budete také muset vyřešit problém s elektřinou.

Klimatické podmínky na území naší země neumožňují výstavbu s komplexem betonáren celoročně při kladných teplotách okolí. Ve většině regionů trvá chladné období asi 6 měsíců, což výrazně ovlivňuje tempo výstavby. V tomto ohledu se stává aktuální zimní betonování, které otevírá široké vyhlídky pro výstavbu budov a konstrukcí v chladném období bez ohledu na povětrnostní podmínky.

Definice a výhody

Podle Kodexu pravidel SP 70.13330.2012, který popisuje „nosné a uzavírající konstrukce“, se zimní betonování týká procesu, který se provádí, když je průměrná denní okolní teplota nižší než 5 Cº nebo při minimálních teplotách klesajících pod 0ºC.

Práce na vytváření základů, stěn a základů v podmínkách nízkých teplot je spojena s řadou objektivních obtíží. V řadě případů je však nepřijatelné pozastavit výstavbu na dlouhou dobu s příchodem období podzim-zima. Zimní betonování má navíc řadu výhod, mezi které patří:

• v chladném počasí má půda zvýšenou tvrdost, což umožňuje betonování v měkkých půdních podmínkách se slabými nosnými vlastnostmi;
• V zimě jsou ceny stavebních materiálů zpravidla nižší než v létě, což vytváří předpoklady pro výrazné úspory na výstavbě;
• zamrzlá půda otevírá přístupové cesty na všechna místa, kde nejsou vybudovány silnice, což zjednodušuje proces dodávání materiálů.

Vlastnosti procesu zimní betonáže

Hlavním faktorem náročnosti zimní betonáže jsou nízké teploty, které negativně ovlivňují jak samotný proces lití betonu, tak negativně ovlivňují jeho tvrdnutí a tvrdnutí. Vznik tvrdosti betonu je realizován hydratační reakcí minerálů, které jsou jednou ze složek portlandského cementu. Hlavní podmínkou, aby se tato reakce nezastavila, je přítomnost kladné okolní teploty. Když se ochladí, voda se změní na led a hydratace je nemožná. Navíc, když teploměr klesne pod +5ºС, rychlost hydratačního procesu se výrazně sníží. Mezi hlavní problémy zimní betonáže lze tedy zaznamenat následující faktory:

• nedostatek hydratace nebo její nízká míra;
• tvorba betonu s nízkými pevnostními charakteristikami;
• tvorba ledu během vyztužení kolem tyčí, což snižuje přilnavost roztoku k rámu;
• zvýšení vnitřního tlaku v roztoku a jeho expanze.

V tomto ohledu je hlavním úkolem zimní betonáže zajistit, aby betonový roztok dosáhl kritické meze pevnosti, která je 30–50 % jeho návrhových hodnot, po které již chladné podmínky nebudou negativně ovlivňovat beton a jeho parametry. Aby řešení dosáhlo kritické složitosti za optimálních podmínek, je obvykle vyžadována doba v rozmezí 4 až 6 dnů. Nejdůležitější je tedy teplota betonové směsi, kterou je nutné hlídat po celou dobu betonáže, jak před pokládkou malty, při lití, tak po něm.

V tomto případě je nutné dodržovat pravidla a doporučení, která určují, že pro zimní betonování je nejracionálnější použít vysoce kvalitní kompozice rychle tvrdnoucího portlandského cementu.

Vlastnosti technologického procesu

V případě zimních betonážních prací je nutné, aby projekt zahrnoval realizaci následujících opatření:

• zabránění zamrznutí čerstvě položené betonové malty, dokud nedosáhne kritické úrovně pevnosti;
• zabránění zamrznutí betonu při jeho přepravě na pracoviště, jakož i při jeho pokládce a hutnění;
• vytváření podmínek v oblasti vlhkosti a požadované teploty, aby roztok získal sílu.

Zimní beton – receptura, opatření proti zamrzání

Pro normální průběh procesu pokládky a následné hydratace je nutné, aby betonový roztok přicházející na staveniště měl provozní teplotu nad +5ºС. Za tímto účelem by měla být k přípravě malty použita teplá voda o teplotě až +70ºС. Výplňové materiály zároveň vyžadují ohřev. V tomto případě je nepřijatelné ohřívat hotové betonové řešení, které lze podrobit svařování. Maximální doba přepravy zimního řešení není delší než 4 hodiny.

Před betonáží při teplotách pod nulou je nutné předehřát všechny povrchy, na které má být roztok položen, a také armovací tyče. K tomuto účelu lze použít pouze horký vzduch. Ohřívání párou nebo horkou vodou není povoleno.

V případě, že je nevyhnutelná dlouhodobá přeprava betonového roztoku a ohřev není možný, je nutné použít speciální nemrznoucí přísady.

Opatření proti zamrzání betonu

V současné době se pro zimní betonářské práce používají teplé i studené druhy betonu.

Studený beton zahrnuje malty, které mají schopnost získat pevnost a tvrdnout bez provádění tepelných opatření. K zajištění jejího vytvrzení se používají speciální druhy nemrznoucích přísad, které jsou určeny k urychlení rychlosti hydratace a snížení bodu tuhnutí vody tak, aby se objem nevázané vody v roztoku co nejrychleji zmenšil. Mezi nejběžnější typy nemrznoucích přísad patří draselné a sodné soli a také elektrolyty. Jejich použití má však řadu omezení. Mezi nimi:

• použití elektrolytových solí by mělo být provedeno pouze po experimentálním testování složení pro tvorbu výkvětů;
• pro betonáž železobetonu nelze použít sodné soli, jejichž složení může způsobit korozi ocelového rámu;
• draselné a sodné soli by neměly být zahrnuty do směsí, ve kterých se jako plnivo používá kamenivo z potenciálně reaktivních hornin;
• Elektrolyty se nepoužívají u některých druhů potlandského cementu, mezi které patří například vysoce alkalické materiály vyrobené ze slínku s vysokým podílem hlinitokřemičitanů.

Komplexní moderní nemrznoucí přísady nemají nevýhody vlastní elektrolytovým solím, což umožňuje provádět práci bez omezení při nízkých teplotách okolí, přičemž mají komplexní nemrznoucí a plastifikační účinek.

Teplý beton obsahuje složení, které musí být po pokládce vystaveno procesům zahřívání. V současné době existuje několik běžných opatření pro ohřev betonové malty, jmenovitě

• vytápění betonu;
• použití a uspořádání skleníků;
• termoskou metodou

Všechna opatření lze použít buď samostatně, nebo v kombinaci s použitím nemrznoucích přísad v roztoku. Výběr způsobu a technologie realizace, stanovení dostatečnosti opatření provádějí specialisté na základě analýzy řady faktorů a individuálních charakteristik staveniště, včetně:

• dostupnost potřebného vybavení a vybavení;
• typ a rozměry stavební konstrukce;
• přítomnost výztuže a typ použité výztuže;
• složení betonového roztoku;
• ekonomická proveditelnost použití metod.

Termosková metoda

Jednou z nejoblíbenějších metod používaných v masivních typech konstrukcí je „termo metoda“, kterou lze použít buď samostatně, nebo v kombinaci s dalšími opatřeními a technologiemi, materiály ve formě urychlovacích přísad. Metoda je založena na skutečnosti, že samotná hydratační reakce je exotermický proces, což znamená, že probíhá za uvolnění určitého množství tepla. V masivních konstrukcích je zpravidla dostatek tepla pro vytápění, a proto se beton nalije do bednění zahřátého na požadovanou teplotu, poté se pokryje tepelně izolačními materiály, jako je pěnový plast, válcované materiály, rohože, desky nebo PVC fólie. Díky tomu bude uvnitř udržována potřebná teplota pro vytvrzení betonu a získání kritické pevnosti.

Mezi výhody této techniky patří:

• jednoduchost technické realizace;
• využití tepla, které je vytvářeno samotným betonem bez zařízení třetích stran;
• účinnost způsobená absencí potřeby použití dalších zdrojů tepla.

Nevýhody technologie zahrnují:

• nemožnost aplikace pro stavební projekty s velkou rozlohou;
• nízká účinnost při silných mrazech (částečně lze tento nedostatek řešit použitím nemrznoucích přísad do betonové malty);
• Rozsah použití metody je vhodný pouze pro masivní konstrukce. Technologii nelze použít pro malé předměty.

Metoda suché horké termosky a stavba skleníků

Při použití této technologie musí být betonový roztok umístěn na zmrzlý podklad bez předehřívání. V tomto případě se vytvoří izolované bednění, ve kterém je umístěna vrstva expandovaného jílu zahřátého na teplotu 200-300 °C. Beton se pokládá po ochlazení materiálu na 100°C. V tomto případě musí být samotný betonový roztok smíchán s teplou vodou. Podstatou metody je využití tepla chladícího expandovaného jílu k ohřevu betonového roztoku.

K ohřevu betonu lze využít skleníky – speciální prefabrikované stany umístěné nad stmelenými stavebními konstrukcemi. Zároveň jsou v nich umístěny zdroje záření – horkovzdušné pistole. Jejich počet a síla se volí na základě potřeby udržovat teplotní režim nezbytný pro normální tvrdnutí betonu (více než 5ºC).

Umělé vytápění betonu

Spolu s jinými metodami se aktivně používá technologie umělého vytápění, která nám umožňuje poskytnout nejpohodlnější teplotní podmínky. Nejvyšší rychlost tvrdnutí betonové malty je pozorována při teplotě vzduchu 50ºС. Toho lze dosáhnout pomocí následujících metod:

• indukční ohřev – v tomto případě se zdrojem tepla stávají armatury, které jsou umístěny v elektromagnetickém poli induktoru;
• kontaktní (vodivá) metoda zahrnuje generování tepla vodiči, kterými prochází elektrický proud;
• elektroda – metoda je založena na použití tyčových, pásových, deskových elektrod, které jsou upevněny uvnitř bednění a umožňují průchod proudu betonovou směsí, která se zahřívá;
• Infračervené vytápění zahrnuje použití infračervených zářičů.

Navzdory inovativní složce a vysoké účinnosti mají metody jednu nevýhodu, kterou lze považovat za vysokou cenu použitého zařízení a nutnost použití elektřiny k výrobě tepla. V tomto ohledu může použití přísad zkrátit dobu vytvrzování a výrazně snížit náklady na energii.