Выдерживание бетона и уход за ним

Прочность при сжатии сама по себе не гарантирует долговечность бетона. В соответствии с нормами бетон должен быть плотным, так как чем ниже пористость и проницаемость, то есть чем плотнее цементный камень, тем выше сопротивление к внешним воздействиям. Поэтому необходим своевременный, постоянный и достаточно продолжительный уход за бетоном, чтобы как раз в поверхностной зоне он действительно достигал необходимых свойств на основании состава его смеси. В соответствии с нормой DIN 1045-3 [3] уход за бетоном нужно проводить в течение первых дней гидратации, «чтобы уменьшить преждевременную усадку, гарантировать достаточную прочность и долговечность краев бетонной конструкции, предотвратить замерзание и уменьшить опасную вибрацию, удары или повреждения». В данной спецификации описываются необходимые меры по уходу за бетоном.

1. Цель ухода за бетоном

До достижения свежеуложенной бетонной смесью достаточной твердости ее необходимо защищать от:
- преждевременного высыхания
- экстремальных температур и резких перепадов температур
- механических нагрузок
- химических воздействий
- опасных вибраций

Неопалубленную открытую поверхность свежей бетонной смеси необходимо дополнительно защищать от дождя. Защита от преждевременного высыхания необходима для того, чтобы кроме прочего не нарушить набор прочности бетона вследствие обезвоживания и повлиять на долговечность бетона. Последствиями преждевременного обезвоживания являются низкая прочность бетона на поверхности, склонность к отслаиванию песка от бетона, увеличенное водопоглощение, сниженная устойчивость против атмосферных воздействий, низкая сопротивляемость против химических воздействий, образование преждевременных усадочных трещин, повышенная опасность образования последующих усадочных трещин.
Так называемые преждевременные усадочные трещины образуются в первую очередь вследствие уменьшения объема свежеприготовленного и свежеуложенного бетона на открытых участках поверхности путем быстрого высыхания.

Если бетон высыхает, то уменьшается его объем, он дает усадку. При предотвращении этой деформации образуются структурные и внутренние напряжения, которые могут привести к разрывам. Усадочные трещины появляются сначала на поверхности бетона, а затем могут проникать вглубь. Поэтому необходимо позаботиться о медленном высыхании бетона. Высыхание бетона должно начаться тогда, когда бетон достиг прочности при растяжении, при которой он может выдерживать усадочное напряжение без образования трещин.
Этот процесс называется «пластичная усадка». До тех пор пока бетон остается пластичным, образующиеся усадочные трещины можно снова закрыть путем дополнительного уплотнения (например, с помощью поверхностного вибратора).

Чем ниже относительная влажность воздуха и чем выше скорость ветра, тем быстрее происходит высыхание бетона.
Значительную роль играет также температура, в частности, разница между температурой твердеющего бетона и температурой окружающего его среды. Если поверхность бетона теплее чем окружающий ее воздух, то ее высыхание ускоряется. Следует обратить особое внимание на неопалубленные поверхности, например, дорожные покрытия и бесшовный пол.
В следующей диаграмме представлена шкала испарения воды на м2 поверхности бетона в различных условиях (рис. 1).

Рис. 1 Высыхание бетона в зависимости от скорости ветра, влажности воздуха и влияния температуры.

На диаграмме показано, например, что при температуре воздуха и бетона 20 °C, относительной влажности воздуха 50 % и средней скорости ветра 20 км/ч с 1 м² поверхности бетона может испаряться 0,6 кг воды в час. При увеличивающейся разнице между температурами бетона и воздуха повышается степень испарения. Это может происходить как в летний период (например, холодная утренняя температура), так и зимой, в частности, при поставке теплой бетонной смеси. Из диаграммы отчетливо видно, что еще большее воздействие на испарение оказывает скорость ветра. На это следует обратить особое внимание при создании плоских и открытых конструкций. В примере поясняется значение этих цифр на практике: В свежеуложенной бетонной смеси с содержанием воды 180 л/м в слое, толщиной 1 см, в каждом квадратном метре содержит 1,8 кг воды. Степень испарения в размере 0,6 кг/м² и час при вычислении означает, что бетон в течение трех часов теряет такое количество влаги, которое соответствует общему содержанию воды бетонного слоя толщиной 1 см. При этом отрицательное влияние на прочность, износостойкость и герметичность поверхностной зоны становится более значительным.

Влияние экстремальных температур (например, сильное солнечное излучение), резкие перепады температуры (например, охлаждение из-за дождя) и образующееся в результате гидратации цемента тепло приводят к разнице температур между поверхностью и ядром конструкции.
Последствием является напряжение, так как различного вида деформации в строительном элементе, обусловленные температурами, мешают друг другу. Часто в свежем бетоне, имеющем низкий предел прочности на разрыв, это приводит к образованию трещин. Поэтому необходима защита от внешних воздействий.
Необходимо ограничивать разницу температур между поверхностью конструкции и ее ядром, обусловленную выделяющимся при гидратации теплом (как правило, < 20 K, для очень толстых конструкций в зависимости от обстоятельств < 12 K). Температура оказывает также влияние на набор прочности бетона: он замедляется при низких температурах, а при температуре ниже + 5 °С этот процесс протекает очень медленно. Для того чтобы избежать повреждений из-за замерзания несхватившейся или свежей бетон необходимо покрывать слоем теплоизолирующего материала, а в случае необходимости подавать тепло.

Если бетон, защищенный от посторонней воды (дождь, снег), достиг прочность 5 Н/мм2 или его температура в течение 3 дней не опускалась ниже 10 °C, то такой бетон считается морозоустойчивый, то есть стойкий к однократному замерзанию. Свежий бетон не выдерживает многократное замерзание и таяние без образования различных повреждений.

Работы по защите бетона во время холодной и жаркой погоды, так же как и меры по уходу за бетоном в целом, являются дополнительной работой. Лишь профилактические мероприятия, проводимые во время бетонирования при температуре воздуха ниже 5 °C, а также до работ по бетонированию при средней температуре воздуха выше 30 °C, удерживающейся в течение 48 часов, в соответствие с правилами выполнения подрядно-строительных работ, часть относятся к «особым работам», подлежащим дополнительной оплате. В целом, уход за бетоном, выходящий за эти рамки, может учитываться как отдельная позиция в перечне работ и услуг.

Механические нагрузки, такие как колебания и сильная вибрация во время схватывания и в первое время в процессе твердения (например, при работе на соседних строительных элементах или на дорожном сооружении под движущимся транспортом) могут повредить конструкцию из бетона, если таким образом ослабнет структура бетона или связь между бетоном и арматурной сталью. Работа должна быть запланирована таким образом, чтобы в течение 36 часов после укладки бетонной смеси или начала твердения бетона не возникали подобного рода нагрузки. Повреждения от последующих работ можно избежать с помощью произведенной как можно позднее распалубки, а после снимания опалубки - с помощью защиты кромок и защитных покрытий. Повреждения, образующиеся на несхватившемся или свежем бетоне от дождевых капель и стекающей дождевой воды, можно предотвратить с помощью покрытия всей поверхности пленкой или матами.
Химическое воздействие, оказываемое веществами из грунтовых вод, земли или воздуха, может повредить хорошо смешанный и уложенный бетон и сделать его непригодным для предусмотренного использования.

2. Способы ухода за бетоном

Перечисленные ниже меры по уходу за бетоном не должны проводиться при дождливой, сырой погоде с относительной влажностью воздуха 85 % в течение первых дней гидратации. Так как в течение дня влажность воздуха меняется, то в расчет должна приниматься среднесуточная влажность воздуха. Среднее значение более продолжительного периода времени не допустимо. Так как для нашей климатической зоны характерна относительно непостоянная погода, и более точный прогноз можно узнать лишь за три дня, необходимо регулярно проверять влажность воздуха.

Отдельные правила по железобетону о водонепроницаемых сооружениях из бетона или дополнительные технические договорные условия для инженерных сооружений) отменяют действие положения, основанного на уходе за бетоном с учетом влажности воздуха, и требуют ухода, основанного на традиционных мероприятиях. К профилактическим мероприятиям по защите от предварительного высыхания относятся:

- Выдерживание бетона в опалубке
- Использование пленки
- Использование влагоудерживающего покрытия
- Нанесение на бетонную поверхность средств по уходу
- Постоянное опрыскивание водой, хранение под водой
- Комбинация этих мероприятий

Наиболее распространенной мерой по защите от предварительного высыхания является тщательное покрывание поверхности бетона паронепроницаемой синтетической пленкой, толщина которой должна составлять 0,2 мм. Пленка должна накладываться внахлест на еще влажный бетон и закрепляться в местах соединения (например, на стыки можно положить груз в виде досок, или скрепить их с помощью клейкой ленты).

Использование синтетической пленки рекомендуется, прежде всего, для декоративного бетона. Таким образом можно избежать нежелательного выцветания поверхности, вызванного сырой обработкой или дождем. В этом случае пленку нельзя накладывать непосредственно на поверхность бетона, чтобы не него не попал конденсат, что в свою очередь может привести к выцветанию. Необходимо препятствовать возникновению сквозняков между поверхностью бетона и покрытием.
При закрывании поверхности бетона влагоудерживающими материалами, такими как джутовая ткань, соломенная рогожа, слой песка или др. покрытие всегда должно оставаться влажным и при необходимости его нужно дополнительно закрыть пленкой для предотвращения быстрой влагоотдачи.

Средства по уходу за бетоном могут наноситься на поверхность бетонной конструкции с помощью стандартных приборов (например, садовый опрыскиватель с соответствующим распылителем). Наносить средство необходимо как можно раньше и равномерно распределять его по поверхности: на открытые бетонные поверхности - при исчезновении видимой пленки воды (поверхность бетона станет матово-влажной), для бетона, уложенного в опалубку - сразу же после снятия опалубки. Важно постоянно поддерживать пленку из распыляемого вещества и следить за тем, чтобы при нанесении на квадратный метр использовалось то количество вещества, которое указано в рабочей инструкции. К таким веществам часто примешиваются светлые красители, таким образом можно легко определить равномерность распыления средства по поверхности. При высокой температуре, сильном солнечном излучении, сильном воздействии ветра или очень низких температурах необходимо принимать дополнительные меры. Средства по уходу за бетоном, содержащие воск, при окрашивании, нанесении покрытий и облицовке уменьшают сцепление с поверхностью бетона. Поэтому в таких случаях необходимо удалить это средство или его остатки, если не будет исключен отрицательное влияние на последующие работы. Существуют также комбинированные продукты на основе сополимеров ПВХ, растворов эпоксидной смолы с нечувствительными к влаге растворителями и др., которые предлагают одновременно уход за бетоном и его защиту или придают ему цветовое оформление.

Таблица 1: Способы дополнительной обработки бетона в зависимости от температуры бетонной поверхности и воздуха

1) не смачивать; защищать от дождевой/талой воды
2) при неблагоприятных условиях (например, сильный ветер) и классах экспозиции XM, XD, XF, XS

Традиционной мерой по защите от преждевременного высыхания является также опрыскивание поверхности бетона водой. Поверхность бетона должна постоянно оставаться влажной, так как попеременное высыхание и увлажнение могу привести к напряжению бетона и, тем самым, к возникновению трещин. При этом необходимо избегать прямого опрыскивания бетона сильной струей воды, так как в результате резкого охлаждения поверхности, в частности массивных конструкций, в бетоне также могут образовываться трещины. В качестве вспомогательных средств могут использоваться форсунки или перфорированные шланги, используемые для поливки газонов. Для ухода за горизонтальными поверхностями их можно также погружать в воду.

При морозе проводить влажное выдерживание бетона не разрешается. Так как при температуре воздуха ниже 0 °С пленка хоть и предотвращает потерю влаги, но не защищает поверхность бетона от охлаждения, то в качестве дополнительной меры предусмотрено использование теплоизолирующего покрытия.
При выдерживании бетона в опалубке необходимо увлажнять деревянную опалубку, которая хорошо впитывает влагу, а стальную опалубку защищать от нагревания солнечными лучами, а при низких температурах - от слишком быстрого и сильного охлаждения.
Зависимость описанных видов обработки от температуры воздуха приведена в таблице 1. От опасного влияния температуры в результате сильного солнечного излучения и высокой температуры бетон может быть защищен с помощью солнцезащитного навеса или влажного покрытия. Свежий бетон должен быть защищен от воздействия грунтовой воды, оказывающей вредное химическое воздействие, например, с помощью водоотлива.

3. Продолжительность выдерживания бетона

Минимальная продолжительность выдерживания бетона зависит от класса экспозиции, температуры поверхности и набора прочности в бетоне. Набор прочности r в свою очередь зависит от состава бетона. Он определяется отношением среднего значения прочности на сжатие после 2 дней (f_cм2) и 28 дней (f_см28) с помощью отдельно изготовленных в лаборатории образцов во время первичных испытаний или с помощью похожего бетона (одинаковая марка цемента и одинаковое водоцементное отношение). Набор прочности бетона заданного качества и при необходимости стандартного бетона можно узнать из ТТН для товарного бетона. Если при специальном использовании прочность на сжатие определяется не через 28 дней, а в другое время, то для получения значения r вместо f_см28 следует использовать среднее значение прочности на сжатие в соответствующий момент времени (например, f_см56)

Таблица 2: Минимальная продолжительность выдерживания бетона в днях в соответствии с DIN 1045-3 для всех классов экспозиции кроме X0, XC1 и XM

1) Промежуточные значения включать нельзя.
2) Вместо температуры поверхности бетона можно использовать температуру воздуха.
3) Бетоны с очень медленным набором прочности не распространены.

Таблица 3: Минимальная продолжительность выдерживания бетона в днях для бетона классов экспозиции XC2, XC3, XC4 и XF1 - альтернативный способ в зависимости от температуры свежей бетонной смеси

1) Промежуточные значения включать нельзя.

В условиях окружающей среды, которые соответствуют всем классам экспозиции кроме X0, XC1 и XM бетон должен выдерживаться до достижения 50 % своей характеристической прочности на поверхности. Данное требование преобразуется в таблице 2 в зависимости от набора прочности и температуры поверхности бетона в минимальную продолжительность выдерживания в днях. Если не придерживаться минимального срока выдерживания, приведенного в таблице 2, необходимо наличие специального документа о действительном наборе прочности в конструкции.

Вместо значений в соответствии с таблицей 2 для классов экспозиции XC2, XC3, XC4 и XF1 определение продолжительности выдерживания бетона может проводиться посредством измерения температуры свежей бетонной смеси vfb в момент укладки и измерения набора прочности бетона г. В соответствии с этим необходимая продолжительность выдерживания бетона приведена в таблице 3. При использовании стальной опалубки или при вычислении продолжительности выдерживания бетона, не уложенного в опалубку, можно использовать только таблицу 3, если соответствующие меры исключают чрезмерное охлаждение бетона в начальной стадии твердения.

В дальнейшем минимальная выдерживания: действует следующая продолжительность
- для классов экспозиции X0 и XC1 (бетон без арматуры или заделанного в него металла, внутренние элементы): 12 часов
- для бетона с временем укладки > 5 часов: соответствующее увеличение (мин. на время задержки)
- при температуре поверхности бетона < 5 °C: увеличение на период времени с температурой ниже 5 °C
- для классов экспозиции XM (износ): до достижения 70 % своей характеристической прочности, без специального подтверждения значения таблицы 2 необходимо удвоить.

При наличии особых требований к долговечности поверхности строительной конструкции при выдаче задания рекомендуется согласовать увеличенную продолжительность выдерживания в соответствии с таблицей 2, например, при высокой морозостойкости и устойчивости к воздействию размораживающих солей, против химических воздействий или проникновения жидкостей и газов (строительство гидротехнических сооружений, очистные сооружения, приямки, емкости и т.д.)

Влияние выдерживания на герметичность бетона или цементного камня можно увидеть на рис. 2. На диаграмме отображена водопроницаемость цементного камня в зависимости от количества капиллярных пор в нем и представлена, в том числе, зависимость между количеством капиллярных пор, водоцементным отношением и степенью гидратации (который входит в достигнутый коэффициент прочности). С одной стороны из диаграммы видно, что при полной гидратации бетон с коэффициентом водоцементного отношения 0,70 является намного более водопроницаемым (и тем самым поддается диффузии), чем бетон с водоцементным отношением 0,50. Кроме этого видно, что бетон с водоцементным отношением 0,40,
0,50 и 0,60 имеет почти одинаковую водопроницаемость, если он гидратирует только до 60 %, 80 % или 100 %. Так как гидратация или набор прочности и увеличение водопроницаемости бетонной поверхности напрямую зависят от достаточного добавления воды в цемент, становится ясно, какое решающее значение оказывает выдерживание бетона на его качество и долговечность.

4. Указания по выдерживанию декоративного бетона

Несмотря на то, что ранее были приведены четкие правила по уходу за бетоном, уход за конструкциями с поверхностью из декоративного бетона в отдельных случаях является сложным или затруднительным с технической точки зрения. Меры по уходу за бетоном естественным образом оказывают влияние через поверхность конструкции. Они должны проводиться таким образом, чтобы не оказывать нежелательного влияния на внешний вид.

Рис. 2 Водопроницаемость цементного камня в зависимости от количества капиллярных пор и водоцементного отношения.

Что касается обычных встроенных элементов, то проблемы в большинстве случаев незначительны, так как такие элементы класса экспозиции XC1 с минимальным классом прочности на сжатие C16/20 требуют выдерживания только в течение двенадцати часов. Однако на практике по строительно-техническим причинам и для достижения закрытой и герметичной поверхности строительного элемента используются бетоны, набирающие прочность в течение 28 дней. Поэтому, как правило, при определении времени распалубки необходимо принимать во внимание сроки выдерживания бетона.

Более сложным является выдерживание строительных конструкций с декоративным бетоном, находящихся на открытом воздухе. Здесь действуют обычно классы экспозиции XC4 и XF1, что требует определения минимальной продолжительности выдерживания в соответствии с таблицей 2 или 3. Так из бетонной смеси с обычным для декоративного бетона цементным раствором и температурами укладки, удовлетворяющими практическим требованиям, в большинстве случаев путем сравнения образуются средние сроки выдерживания, составляющие от одного до шести дней, тем не менее, выдерживание конструкций с декоративным бетоном требует соответствующего планирования и тщательного проведения.

Так как необходимо избегать любого контакта свежеуложенного декоративного бетона с водой (в том числе и с дождевой водой), то в качестве ухода принимается в расчет защита от испарения, обычно путем покрывания поверхности полиэтиленовой пленкой. Так как стекающий конденсат может оказать на поверхность такое же разрушающее действие, как и легкий дождь, необходимо обеспечить незначительную циркуляцию воздуха, для того чтобы избежать образования большого количества конденсата. По той же причине пленку нельзя накладывать непосредственно на поверхность декоративного бетона, а оставлять до поверхности расстояние в несколько сантиметров. Для того чтобы обеспечить это расстояние, часто на бетонные конструкции устанавливают вспомогательные конструкции из древесных отходов, которые в свою очередь при прямом контакте с декоративным бетоном могут привести к изменению цвета и образованию отклонения на поверхности бетона. Поэтому вспомогательные конструкции, обеспечивающие расстояние между пленкой и поверхностью, должны быть изготовлены из пластмассовых деталей или в местах контакта с поверхностью декоративного бетона устанавливаться на полиэтиленовую пленку. Так как необходим ограниченный воздухообмен, сквозняк по возможности не должен образовываться, так как он будет способствовать высыханию краев бетонной конструкции. Защитные ограждения из полиэтиленовой пленки чувствительны к атмосферному проверять и поддерживать в надлежащем состоянии воздействию, например, ветру или сильным дождям.