Можно ли заливать фундамент при минусовой температуре?

Даже начинающему строителю хорошо известно, что надежность и долговечность здания зависит от прочности фундамента. На первый взгляд кажется, что добиться такого результата пара пустяков: правильно подготовил раствор и залил в опалубку с армирующим каркасом. На самом деле есть множество нюансов, которые могут существенно подпортить конечный результат.

Один из них – погодные условия, при которых возводится основание дома. Практика показывает – это «ахиллесова пята» не только застройщиков, выполняющих строительные работы самостоятельно, но и некоторой части профессиональных строителей. Поэтому есть повод поговорить об оптимальных условиях для процесса набора прочности бетоном.

Команда сайта StroyGuru.com попросила своего постоянного эксперта рассказать, при какой температуре заливают фундамент.

Немного теории

Чтобы было понятно, о чем идет речь, поговорим о гидратации, которая протекает совсем не так, как многие себе это представляют. Начнем с определения.

Гидратация цементного раствора – это процесс получения качественного бетона или железобетона с заранее заложенными механическими и эксплуатационными характеристиками при взаимодействии цемента с водой. Образованные в ходе химической реакции кристаллогидраты превращают цементный клей в камень. Весь процесс разбивается на два этапа: первый – загустевание или схватывание, второй – твердение или упрочнение.

Если коротко, то бетон – это результат соединения молекул воды с частицами цемента.

Первая стадия начинается примерно через 1,5-2 часа после заливки раствора в опалубку и заканчивается через 8-30 часов, в зависимости от температуры воздуха. За это время жидкий раствор переходит в твердое состояние, но без достаточной твердости. Именно в это время формируются первые кристаллические связи при взаимодействии свободной воды и цемента.

На втором этапе происходит окончательное отвердение, созревание и упрочнение бетона. Он длится довольно долго, т.к. на скорость гидратации влияют марка бетонного раствора, состояние окружающей среды, наличие добавок в составе смеси. Но главный фактор скорости химической реакции – это количество свободных молекул воды в составе раствора. А оно зависит от температурного режима воздуха.

С теорией разобрались. Переходим к практике.

При какой температуре допустимо заливать фундамент

Оптимальная температура для гидратации цементно-песчаного раствора – +15-+25^oС. Именно в этом температурном промежутке достигается максимально возможная прочность бетона. Уменьшение или увеличение времени химической реакции между водой и цементом ведет к снижению прочностных характеристик бетонных конструкций. Влияние температуры воздуха на скорость гидратации, а в конечном итоге и на прочность цементного камня приведены в таблице 1.

Таблица 1. Скорость гидратации бетонного раствора при разной температуре воздуха.

Примечание:

• приведены показатели набора прочности обычного, без добавок, бетонного раствора марки М200-М300 при использовании цемента М400-М500;
• * — наивысшая прочность бетона достигается при температуре 15-25^oС. С изменением температурного режима в любую сторону прочностные характеристики уменьшаются;
• ** — показаны условно-нормативные сроки распалубки;
• *** — время созревания для продолжения строительства.

Анализируя таблицу можно сделать следующие выводы:

• при температуре +20^oС за неделю раствор наберет 75% прочности, что позволяет провести распалубку и начать работы по возведению стен. Но такие результаты достигаются при соблюдении правил ухода за фундаментом в первые 7 дней после заливки: закрывать от солнца и постоянно смачивать;
• при падении температуры до +5^oС процесс гидратации замедляется примерно в 2 раза, в результате чего для окончания химического процесса требуется примерно 2 месяца;
• при 0^oС структура бетона нарушается, появляются микротрещины, прочность сильно падает;
• при отрицательных температурах вода замерзает. Если бетон успел набрать критическую прочность (см. таблицу 2), то заморозка не скажется на механических характеристиках.. Не страшно, если вода замерзнет один раз у раствора, не набравшего нужные кондиции. Однако повторное замораживание потребует замены фундамента, т.к. увеличится его пористость и хрупкость, что приведет к резкому сокращению срока эксплуатации. В таких условиях можно заливать фундамент только при проведении специальных мероприятий;

Таблица 2. Показатели критической прочности бетона в зависимости от марки раствора.

• повышение температуры до +30^oС ведет к ускоренному испарению воды из ЦПС, что с одной стороны ускоряет химическую реакцию, с другой – сокращает количество кристаллогидратов. А это уменьшение прочности фундамента.

Помогут ли противоморозные добавки

Реклама – двигатель торговли. Но она не всегда корректна. Например, если судить по ней, то проблему заливки фундамента зимой на раз можно решить с помощью специальных противоморозных добавок в раствор. А так ли это? Давайте разбираться.

Как уже говорилось выше, оптимальная температура для набора прочности бетоном – +15-25^oС. При этом из таблицы 1 видно, что с повышением температуры в приведенном диапазоне образование кристаллогидратов ускоряется. Но даже здесь полная готовность фундамента ко всем видам нагрузок наступает не ранее 28 дней.

А что происходит при отрицательных температурах?

Во-первых, под воздействием мороза несвязанная вода замерзает, расширяясь. Возникает внутреннее давление в структуре бетона, в результате чего рвутся связи между кристаллогидратами и он становится рыхлым. При повышении температуры до плюсовых значений процесс гидратации продолжается, но о прочности, как таковой, следует забыть.

Во-вторых, при температуре ниже +5^oС, но выше 0^oС созревание бетона переходит в вялотекущий процесс, который не позволяет получить требуемую прочность бетонной конструкции.

Для минимизации приведенных выше негативных явлений используются различные добавки на основе солевых растворов. Они позволяют в той или иной мере решить вопрос замерзания воды. Но обмануть законы природы, точнее, химии, гораздо сложнее. Процесс отвердевания при отрицательных температурах никакими добавками ускорить не получится: растянется на несколько месяцев. Конкретные данные на примере поташа и нитрита натрия приведены в таблице 3.

Таблица 3. Ориентировочное время вызревания бетона в зимний период с использованием противоморозных добавок.

Из таблицы видно, что всего лишь при -5^oС о готовности фундамента к дальнейшей работе можно говорить примерно через 28 дней. Но при этом есть риск перегрузить бетон, не успевший набрать полную прочность (не нужно сравнивать с летом – там за время возведения стен раствор успевает повысить свои прочностные показатели на 10-20%, а зимой на 3-5%).

При большем морозе время полного набора прочности возрастает. В этой ситуации возникает резонный вопрос, а надо ли возводить фундамент зимой при отрицательной температуре? Ведь придется ждать до весны, что полностью съедает экономию по времени при увеличении финансовых и трудовых затрат.

Кроме этого, добавки сами по себе не такие уж и безобидные.

Во-первых, соли активируют коррозийные процессы на металлической арматуре.

Во-вторых, приготовить зимний раствор вручную крайне сложно из-за того, что необходимо:

• провести определенную подготовку компонентов: разогреть до определенной температуры: песок, гравий и щебень до +60^oС, воду до +90^oС. Цемент при этом должен быть комнатной температуры, в противном случае он может потерять способность вступать в химическую реакцию с водой. Ну а температура раствора в момент заливки должна быть не ниже +35^oС. Если игнорировать этот этап, процесс схватывания может вообще не начаться;
• в определенной последовательности подавать материалы в смеситель;
• тщательно вымешивать все компоненты до однородной консистенции;
• дозировать буквально до грамма вводимые в раствор присадки.

В-третьих, понижение температуры до -20^oС, что не редкость ночью, становится критичным для прочности бетонной конструкции.

В-четвертых, такие растворы нельзя заливать, если чередуются мороз с оттепелью. А такая погода в средней полосе России частый гость.

Вывод: залить фундамент зимой при минусовой температуре можно. Но это сплошные проблемы.

Правила заливки фундамента при минусовых температурах

Приступая к зимней заливке основания, нужно готовиться к решению ряда сложных задач.

1. В мороз прихватывает подушку песка и щебня из-за чего она теряет плотность. При оттаивании фундамент просядет. Если равномерно по всему периметру, то проблем нет. Однако разница всего в 2 см может принести много неприятностей.
2. Любая опалубка на морозе теряет прочность, становится хрупкой. Под давлением бетонного раствора она может получить повреждения, в результате чего возможна потеря «цементного молочка».
3. Металл во время отрицательных температур сильно уплотняется (пример, линии электропередач, когда летом провода свисают, а в сильный мороз их рвет). Поэтому арматура при повышении температуры до плюсовой, начнет расширяться и разрушать бетон.
4. Вода на морозе переходит в твердое состояние. Поэтому важно сохранить ее в жидком виде до набора раствором критической прочности.

Получается, что можно заливать фундамент в мороз только при условии устранения перечисленных выше проблем. Это полностью меняет технологические операции на всех этапах возведения основания под дом или коттедж.

Подготовка

Подготовительные работы включают множество технологических операций, начиная от разметки пятна застройки и заканчивая вязкой арматурного каркаса в опалубке. Все это подробно расписано в нескольких материалах на нашем сайте. Поэтому повторяться нет смысла. А вот на те действия, которые нужно выполнить при отрицательных температурах, обратим самое пристальное внимание.

1. Необходимо сбить с опалубки наледь и убрать снег. При этом так, чтобы он не попал на песчаную подушку. Упрощает работы геотекстиль – сразу после монтажа опалубки она укрывается полотном изнутри и снаружи. Наледи не будет, а снег можно сдуть или убрать с помощью строительного пылесоса.
2. Прогреть песок и щебень в подушке. Сделать это можно «тепловой пушкой», работающей на газу или жидком топливе (дизель), инфракрасными лампами, если есть подвод электроэнергии, или жаровнями. В последнем случае придется заливать раствор поэтапно, так как обеспечить обогрев таким способом по всему периметру ленты одновременно, довольно сложно. Кстати, такой метод позволяет прогреть опалубку, но не металл – у него большой коэффициент теплопередачи.
3. Подогреть армирующий каркас до небольшой, но положительной температуры (специалисты говорят о +10^oС). Здесь на помощь приходит электроэнергия. Способа два:

• обмотать каркас греющим кабелем. Затем его можно снять или утопить в бетоне, что позволит решить еще одну задачу – прогревать раствор до набора критической прочности;
• использовать металл каркаса в виде сердечников, подключенных к трансформатору. Способ хорош во всех отношениях, но в частном строительстве слабо осуществимый из-за огромного расхода электроэнергии (150 кВт/ч на 1 м³ бетона) и необходимости подключения к 3-хфазной сети.

Можно воспользоваться и тепловыми пушками, но они должны быть более мощными.

Подводим итог: прогреть песчаную подушку и арматуру сложно, но возможно Правда все это трудоемко и финансово затратно.

Заливка

Можно заливать фундамент в мороз при условии, что раствор прогрет и в него введены противоморозные добавки или организован постоянный обогрев. Но нужно учитывать нюансы.

Во-первых, меняется порядок подготовки раствора. Вначале пластификаторы и противоморозные добавки («Сементол», «Бетонсан», «Лингопан» или «Гидрозим») смешиваются с водой, после чего она выливается в бетономешалку. Туда же засыпаются песок и щебень. Делается 2-3 оборота, чтобы прогреть стенки смесителя, после чего в замес вводится цемент.

Во-вторых, вода нагревается до +90^oС, что не представляется проблемой, а песок и щебень до +60^oС. Здесь кто во что горазд: одни наполнители греют тепловой пушкой, вторые устраивают стол из металла, на который насыпают песок с гравием, а снизу разжигают костер, третьи проливают кучи кипятком, четвертые внутрь куч песка и щебня проводят трубы с горячим воздухом от печи или костра. При этом цемент греть нельзя. Иначе он «свернется» и перестанет вступать в реакцию с водой. Его рабочая температура – до +30^oС.

Для сведения: на растворных узлах наполнители греют в специальных печах, что для частного застройщика из области фантастики.

В-третьих, время размешивания раствора увеличивается на 20-50%, что позволяет тщательно перемешать все компоненты бетонной смеси. Кстати, это одно из основных условий зимнего приготовления ЦПР.

В-четвертых, заливку вести непрерывно, до окончания процесса.

Последующий уход

Ввод противоморозных добавок не является панацеей от минусовых температур. Да, вода сохранит жидкое состояние в пределах от -10^oС до -25^oС, в результате чего химическая реакция будет протекать, но очень вяло. Это означает, во-первых, что внутреннего тепла для разогрева всей толщи фундамента до приемлемых положительных температур не хватит, во-вторых, процесс гидратации растянется на несколько месяцев, что сильно снизит прочность цементного камня. Например, ввод в замес нитрита натрия позволит бетону набрать за 28 дней всего 35% прочности. Обогрев фундамента решает проблему прочности за счет ускорения химической реакции. Способов осуществить такую операцию много. Можно:

• установить опалубку с греющим кабелем;
• боковые стенки основания утепляются, сверху устанавливается шатер из пленки, куда тепловой пушкой нагнетается горячий воздух. Вместо шатра фундамент можно просто укрыть, оставив небольшой промежуток между бетоном и пленкой куда и подавать тепло;
• обмотать каркас греющим кабелем (остается там);
• подключить к трансформатору металлическую арматуру, используя ее в качестве греющего элемента (индукционный способ);
• воткнуть в бетонный раствор электроды от дуговой сварки и подключить их к постоянному току;
• использовать инфракрасные обогреватели.

У каждого способа своя технология использования.

Заключение

Заливать фундамент поздней осенью или зимой в частном строительстве можно только в случае крайней необходимости, т.к. выигрыша во времени нет, а затраты резко взлетают вверх. Плюс ко всему, появляется головная боль с соблюдением технологии заливки – она крайне сложная.

Скорость процесса твердения зависит от температуры раствора. При ее повышении активность воды значительно возрастает, скорость набора прочности повышается. Потому при проведении бетонных работ зимой или при температурах ниже +5^oC, важно создать и поддержать требуемый уровень нагрева. Оптимальная температура вызревания раствора составляет от +20^oC до +30^oC. Для этого есть несколько способов:

• раствор делать подогретым;
• опалубку утеплить;
• использовать присадки и добавки, которые ускоряют твердение и/или понижают точку заморозки воды;
• подогревать уже залитую бетонную массу.

Все эти методы неплохо работают. Их используют по одиночке или в комплексе.

В зимних условиях работы проводятся таким образом, чтобы увеличить температуру раствора, либо же ускорить процесс затвердевания массы. Делается это несколькими способами:

• Подогревом воды для заливки;
• Добавкой в раствор морозоустойчивых присадок;
• Монтажом электрического подогрева;
• Использованием тепловых пушек с ограждением вокруг фундамента;
• Электроподогревом арматуры, если такая предусмотрена проектом;
• Пропаривание бетонных и железобетонных изделий в автоклаве, если бетон делается в заводских условиях, что повышает скорость затвердевания;
• Также можно применить технологию утепления объекта заливки.