Betonowanie w okresie zimowym
Betonowanie w warunkach zimowych stanowi duże wyzwanie technologiczne i wymaga wielu środków ostrożności, ze względu na obniżone temperatury. Niskie temperatury bowiem mogą wpływać na proces wiązania, twardnienia oraz dojrzewania betonu, a tym samym na jakość i trwałość konstrukcji. Zaniedbania w tym zakresie mogą skutkować poważnymi uszkodzeniami, a nawet grozić katastrofą budowlaną. Pomimo wyzwań, które niesie ze sobą okres zimowy, betonowanie w niskich temperaturach często jest koniecznością, głównie w celu kontynuacji prac budowlanych bez przestojów i uniknięciu kosztownych opóźnień. Stosuje się szereg technik i metod ochrony świeżego betonu, m.in. podgrzewanie mieszanki betonowej, specjalne domieszki przyspieszające wiązanie, a czasem materiały izolacyjne oraz monitorowanie warunków na placu budowy.
Warunki zimowe, czyli jakie ?
Warunki zimowe, z którymi muszą się mierzyć budowlańcy to niska temperatura, oraz takie czynniki atmosferyczne jak śnieg, wiatr i opady deszczu.
Temperatura powietrza determinuje sposób prowadzenia robót betonowych. Przyjęło się, że sezon zimowy w robotach betonowych obejmuje okres, w którym średnia dobowa temperatura powietrza spada poniżej +10°C (czyli w Polsce przypada na czas w okolicy od 15 listopada do 15 marca, choć przy obecnych wahaniach pogody tak naprawdę trudno określić jednoznacznie ten okres).
Śnieg również należy do niebezpiecznych dla jakości mieszanki betonowej czynników, który topniejąc, pochłania znaczne ilości ciepła. Jeśli śnieg dostanie się do świeżej mieszanki może spowodować obniżenie temperatury betonu. Dodatkowo, woda pochodząca z topniejącego śniegu może negatywnie wpływać na właściwości użytkowe betonu zwiększając stosunek wody do cementu (w/c), a w warunkach niskiej temperatury taka woda może zamarzać, prowadząc do mikropęknięć i obniżenia trwałości konstrukcji. Podobnie wpływa woda pochodząca z opadów deszczu.
Procesy betonowania komplikuje również wiatr. Zwiększa on tempo parowania wody, co prowadzi do szybszego ochładzania się świeżo ułożonego betonu. W zimowych miesiącach częstotliwość i siła wiatrów są zazwyczaj wyższe, co może wymuszać stosowanie osłon oraz odpowiednich metod ochrony betonu przed utratą ciepła.
Czy beton można wylewać zimą ?
To zależy. Betonowanie w okresie zimowym wymaga zaawansowanych metod planowania, stosowania odpowiednich technologii oraz kontroli jakości. Wymaga to dodatkowych nakładów finansowych i czasowych, jednak pozwala na ciągłą realizację projektów budowlanych, nawet w niekorzystnych warunkach pogodowych. Aby betonowanie zimą było skuteczne, należy przestrzegać kilku zasad szerzej przedstawionych w dalszej części artykułu.
Jaka temperatura niszczy beton ?
Zgodnie z normą PN-EN 13670 [4], beton może zostać uszkodzony, jeśli temperatura jego powierzchni spadnie poniżej 0°C zanim osiągnie minimalną wytrzymałość na ściskanie wynoszącą 5 MPa. Przekroczenie tej temperatury przed osiągnięciem odpowiedniej wytrzymałości prowadzi do ryzyka uszkodzeń struktury betonu. Temperatura powietrza poniżej +5°C spowalnia reakcję hydratacji cementu, natomiast temperatura krytyczna to około -1°C, przy której w betonie może zamarzać blisko połowa wody wolnej, co może zatrzymać procesy wiązania [1].
Dlaczego betonowanie w warunkach obniżonych
temperatur jest ryzykowne, czyli co mróz robi z betonem?
Betonowanie w warunkach obniżonych temperatur wiąże się z ryzykiem, ponieważ niskie temperatury powodują opóźnienie momentu rozpoczęcia oraz zakończenia wiązania, wydłużają czas tego procesu, a także spowalniają twardnienie betonu. Niewystarczające przygotowanie do pracy w takich warunkach oraz wybór niewłaściwych rozwiązań technicznych mogą prowadzić do poważnych uszkodzeń w strukturze betonu.
Co się stanie z betonem, jeśli zamarznie?
Obecność wody, która nie zdążyła jeszcze wejść w reakcje chemiczne z cementem przyczynia się do możliwości zamarznięcia świeżo ułożonego betonu. Zjawisko to jest wynikiem rozszerzania się wody znajdującej się w mieszance podczas przemiany fazowej z cieczy w lód, co zwiększa jej objętość o około 9,2% [2]. Jeśli woda w świeżym betonie zamarza, a jednocześnie nie ma przestrzeni na rozszerzenie, może dojść do mikropęknięć i osłabienia betonu. Uszkodzenie pierwszych wiązań krystalicznych przez zamarzającą wodę prowadzi do nieodwracalnych zmian. Zimowe zamarzanie, nawet jeśli nie niszczy całkowicie struktury betonu, wpływa negatywnie na jego właściwości fizyczne. Betony, które przy zamarznięciu nie osiągnęły odporności pełnej po odmrożeniu i kontynuacji procesu wiązania, będą wykazywać niższą wytrzymałość na ściskanie oraz obniżone parametry w zakresie wodoszczelności i odporności na mróz.
Po jakim czasie mróz nie szkodzi betonowi?
Zamrożenie betonu jest dopuszczalne dopiero po osiągnięciu przez niego odpowiedniego poziomu odporności na zamrożenie, co odpowiada określonej, bezpiecznej wytrzymałości. Za krytyczny uznaje się okres między początkiem wiązania a momentem uzyskania przez beton wytrzymałości minimalnej, wynoszącej 5 MPa (odporność pełna przy cemencie portlandzkim, przy innym cemencie to 10 MPa) lub też w przypadku odporności warunkowej 2 MPa gdy beton zawiera cement portlandzki i nie przedostaje się do niego woda z otoczenia [1]. Czas, po którym mróz nie szkodzi betonowi przedstawiony jest w tablicy 1.
Przypomnimy tutaj, że wytrzymałość betonu można sprawdzić po 28 dniach od zaformowania kostek, wcześniej pobierając próbki do sześciennych foremek o określonych normowo wymiarach (np.150x150x150mm) i przechowując je zanurzone w wodzie w temperaturze 20±2°C. Nie dopuszczalne jest trzymanie próbek na placu budowy, dlatego, że wyniki mogą wyjść niemiarodajne.
Tablica 1. Najkrótsze czasy, po których beton uzyskuje odporność warunkową na zamrożenie [1]
| Cement | Czas pielęgnacji przy temperaturze średniej betonu, w dobach | ||
| 5°C | 12°C | 20°C | |
| Szybkotwardniejący Portlandzki 32,5 i 42,5 Portlandzki 25 i hutniczy 32,5 Hutniczy 25 | 1 2 5 8 | ‘’ 1 3 5 | ‘’ 1 2 3 |
Jaki beton na niskie temperatury?
Beton musi uzyskać wymaganą wytrzymałość, zanim ulegnie zamrożeniu. Dlatego też betonowanie w okresie zimowym wymaga zastosowania metod modyfikujących mieszankę betonową. Mowa tutaj o cementach wysokich klas wytrzymałościowych (np. 52,5) i szybkim przyroście wytrzymałości (oznaczanych symbolem R), a także wprowadzeniu domieszek przyspieszających wiązanie. Istotne jest również projektowanie mieszanek o wyższych klasach wytrzymałościowych i niskim w/c (czyli tych o gęstszej konsystencji).
Jednym ze sposobów radzenia sobie z problemem niskich temperatur jest stosowanie podgrzewania składników na węźle, takich jak kruszywo i woda, co może znacząco wpłynąć na temperaturę wyjściową betonu zapewniając szybsze rozpoczęcie wiązania i wcześniejsze uzyskanie pożądanej wytrzymałości minimalnej.
Przed rozpoczęciem betonowania w warunkach zimowych, należy upewnić się, że szalunki oraz zbrojenie są wolne od śniegu i lodu. Zalegający lód mógłby wpływać na właściwości mieszanki oraz przyczepność betonu do zbrojenia.
Nie sposób tu nie wspomnieć o pielęgnacji betonu w niskich temperaturach. Jest ona niezbędna, aby zapewnić odpowiednie warunki dla dojrzewania mieszanki. Stosuje się różne metody osłaniania świeżego betonu, takie jak przykrycie folią, matami słomianymi, płytami styropianowymi lub matami grzewczymi. Warstwowe ocieplenie konstrukcji pozwala na stopniową regulację temperatury w miarę dojrzewania betonu, co minimalizuje ryzyko termicznych pęknięć wynikających z gwałtownych zmian temperatury.
Literatura
[1] Jamroży Z. Beton i jego technologie Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2005
[2] Bajorek G. Roboty betonowe w okresie zimowym – czy domieszki rozwiążą problemy?, Inżynier Budownictwa, 2012 , Dostępny w Internecie: Roboty betonowe w okresie zimowym – czy domieszki rozwiążą problemy? – Inżynier Budownictwa (dostęp 14 października 2024 r.).
[3] Kołacz Z., Gajewski R. Wykorzystanie mieszanek betonowych w obniżonych temperaturach Budownictwo. Technologie. Architektura, Nr 4 2004
[4] PN-EN 13670:2011 Wykonywanie konstrukcji z betonu
