Проблеми на бетонирането в зимни условия

Под бетониране в зимни условия се разбира обработка на бетонната смес при средна денонощна температура под 5°С или при минимална  дневна стойност под 0°С.
Втвърдяването на бетона е химически процес и, и както в много химически реакции, скоростта зависи от температурата. Колкото по-ниска е температурата, толкова по-бавен е процесът на втвърдяване на бетона (при -7°С химичната реакция напълно спира).
При температура на околната среда малко над 0°С развитието на якостта на незащитения прясно излят бетон е много бавно. Ако околната температура спадне под 0°C, част от водата в бетона може да замръзне. Втвърдяването практически спира докато ледът се стопи и това прекъсване на хидратацията увеличава шупливостта и намалява якостта и устойчивостта на бетона.
Тъй като в процеса на хидратация се генерира топлина, обикновеният бетон има ниска присъща устойчивост към замръзване на водата в него след изливането. Но когато температурата на самата бетонна повърхност спадне под точката на замръзване, водата в близост до повърхността се втвърдява, увеличава обема си и предизвиква високо налягане в бетона, който загубва своята пластичност. Следва лющене или трошене, което се влошава, ако възникнат няколко цикъла  на замръзване и топене. Устойчивостта на бетона към замръзване може да бъде подобрена чрез понижаване на неговата пропускливост, повишаване на ранната му якост, поддържане на неговата температурата след полагане, подготовка за полагане и др.

Понижена пропускливост

От всички фактори, засягащи устойчивостта на бетона към замръзване, най-важна е пропускливостта. Непропускливият бетон има само малки количества свободна вода в порите си, следователно разрушителното действие на замръзването и разширението е до голяма степен избегнато. Съществуват три основни метода за понижаване на пропускливостта, а оттам и на увеличаване на устойчивостта към замръзване, както следва:

• Използване на въздухо-въвличащи добавки. Те предотвратяват образуването на непрекъснати капилярни канали, като ги подменят с миниатюрни обособени /несвързани/ въздушни кухини.
• Понижаване на водоциментовото отношение, което от своя страна понижава скоростта  и количеството на водоотделяне по повърхността на бетона. Наличието на относително големи и непрекъснати капиляри обикновено е тясно свързано с отделянето на водата.
• Използване на пуцолани /напр.пепелина /за заместване на част от цимента /обикновено 15-20 /, което води до слабо увеличаване на количеството хидравлично- активен материал.Пуцоланите реагират с разтворимите продукти в реакцията на цимента с водата и образуват неразтворими във вода, следователно водонепропускливи вещества. Правилната употреба на пуцолани може да снижи пропускливостта  на бетона с повече от 10 , но тъй като пуцоланната реакция е температурно чувствителна, използването на пепелина може да снижи скоростта на увеличение на якостта /да понижи ранната якост/ при бетониране в студена вода.

Водата добива максимална плътност при около 4°C, т.е. има минимален обем за определена маса при тази температура, следователно разрушаване на структурата на втвърдения бетон поради увеличаване обема на замръзващата вода /леда/ е възможен само при много ниски температури. От това следва, че при температури над 5°C дългосрочната устойчивост и якост на бетона няма да пострадат /максималната якост на бетона, втвърден при влажни условия на хладно, обикновено е по-висока от тази на бетона, втвърден при обикновени условия/.

Ранна якост

Скоростта на повишаване на якостта на бетона при ниски температури е относително бавна и това може да има неблагоприятно въздействие върху темповете на строителството /забавяне на декофрирането, прекъсване на „критичния път” и т.н./. За преодоляване на този проблем могат да се използват няколко метода за получаване на висока ранна якост.
Методите за постигане на по-кратко време на свързване и висока ранна якост на цимента варират в зависимост от конкретното приложение, напр. местните климатични условия в различните региони, наличието на определени суровини /напр. типовете цимент и видовете добавки и т.н./, както и разположението на машините и съоръженията. Тези методи включват:

• Употребата на добавки - ускорители
• Въвеждането на гореща вода в инсталацията за дозиране на бетоновата смес
• Покриване или загряване на зоната преди изливането.

Това се отнася най-вече за включването на ускоряващи добавки като калциев хлорид, чиято неправилна употреба може да има неблагоприятно въздействие  както при пластичния, така и при втвърдения бетон.

Подготовка за изливане/полагане/ на бетона

Малки пропуски на етапа на изливането могат да доведат до спорове и неудовлетвореност от изливането на бетона при студени условия.

След дъжд свободната вода на повърхността или в порестите  слоеве ще се изпарява бавно и общият и обем може да бъде значителен. Ако изливането на бетона предизвика голяма част от свободната /и студена/ вода да се събере в един край или ъгъл на обекта и се съчетае с бетон с високо водоциментово отношение, може да възникне критична слабост.

Ако се пренебрегне натрупването на лед на дъното на изкоп, приготвен за бетонно изливане, може да последва движение на конструкцията.
Бетонът не трябва да се излива върху замръзнала почва, армировъчна стомана или кофраж с температура близка до точката на замръзване. Покриването или загряването на зоните преди изливането са честа препоръка при зимно бетониране. Ако  зоните за изливане на бетона се покрият предходната нощ, обикновено студът не забавя изливането на следващата сутрин. Където е възможно се поставя монолитно подово покритие след като стените и покривът покрият зоната.

Поддържане на температурата

След изливането на бетона в студено време трябва да се поддържа постоянно високо ниво на температурата, за да се постигне нормално набиране на якостта.
Ако се очаква температурата на околната среда да се задържи близо или под точката на замръзване за няколко дни, се препоръчва изолация с вата или изолационно одеяло.  Тази изолация трябва да бъде в контакт с повърхностите и формите и от своя страна трябва да бъде покрита със здрав и влагоустойчив материал. Където е възможно, подаващите се стоманени части също трябва да се покрият.
Ако минималните дневни температури не се очаква да паднат много под 5°C, могат да се използват не толкова сложни начини за поддържане на температурата на бетона. Достатъчно ще бъде да се постави водонепромокаема хартия, хартията да се покрие със слама или дървени стърготини с дълбочина 8-10 см и след това да се постави отново водонепроницаема хартия. Или просто да се създаде затворен въздушен слой между положения бетон и брезента, поставен над него. Затоплянето и втвърдяването чрез изпускателна система изисква създаването на ограждение, което да не допуска проникване на студен въздух. Всяко нарушаване на процеса може да причини заледяване на повърхността или бързи промени на температурата, след което може да настъпи напукване.
Загряването чрез палене на огньове на разстояние не се предпочита, защото не осигурява равномерна температура. Абсорбиращата способност на студения въздух е ниска, но бързо се увеличава със затоплянето на въздуха. Ако затопленият въздух причини прекомерно изпарение от повърхността на бетона, ще се появят пукнатини от свиване. Освен това въглеродният диоксид, получен от огньовете, може да карбонизира повърхността на бетона и да я направи варовита.
Пет-шест дена след изливането изолацията трябва да се махне в подходящ момент през деня и по начин, който постепенно ще понижи температурата във всяка точка на бетона. На този етап, ако е необходимо, могат да се приложат съединения, образуващи водонепроницаема мембрана при втвърдяването.

 Сваляне на кофража

Освен от температурата, повишаването на якостта на бетона варира в зависимост от вида на цимента и сместа, използването на ускорители, съотношението между масата и площта на повърхността и други фактори.
В общи линии може да се каже, че би било благоприятно кофражът да остане на място по-дълго от посочения минимален срок. Кофражът не би забавил, а би подобрил втвърдяването в студено време и докато остава на място, ще служи като напомняне, че новата плоча или секция не трябва да се натоварва твърде рано или твърде рязко.
Въздухо-въвличащите бетонови смеси с минимално водно съдържание и подходящ вид цимент свеждат до минимум проблемите на работата в студено време.
Важна е способността на производителя на бетон да проектира и достави подходящи партиди от такива смеси. Не по-малко важна е и необходимостта е използването на смесите да става и при идеални или близо до идеалните температури на втвърдяване.