При непредусмотренном замерзании свежеуложенной бетонной смеси, остатки жидкости, содержащейся в растворе, перейдут в твердое агрегатное состояние (лед). Даже если во внутренних микропорах сохранится некое количество жидкой влаги, то ее активность значительно снизится. Формально считают, что набор прочности останавливается при нулевой отметке термометра, однако в сниженной форме активности продолжается до -10°С.
Замерзшая вода расширяется и разрывает неустойчивые связи внутри бетона. Также лед способен создавать на поверхностях наполнителей устойчивые пленки, покрывающие микрочастицы цемента, что также препятствует сцеплению компонентов раствора.
Если цементную смесь подвергнуть низкотемпературному воздействию до завершения укладочных работ, то она все же будет обладать определенной твердостью, однако это свойство будет сохраняться лишь при минусовой температуре. При повышении показателей термометра схватывание возобновится, но стоит учитывать, что последствия мороза оставят свои следы. При замерзании бетон подвергается необратимому «разуплотнению», и твердость изделия из такой смеси будет значительно ниже, чем ожидалось. При этом следует учитывать, что бетон, успевший набрать достаточную крепость в теплых условиях, становится невосприимчивым к воздействию мороза, и в случае замерзания сможет после полного оттаивания вернуться к обычному набору прочностных показателей.
В ходе научных экспериментов были выявлены определенные закономерности поведения бетонного раствора при замерзании. Благодаря этому можно сделать выводы:
Если бетонное изделие набрало прочность в 50% от марочного стандарта, то считается, что его можно подвергать низким температурам и замораживанию без риска для конечной конструкции.
Однако для продукции, изготавливаемой для важных по значимости строений, например, пролетные части мостов, используют бетон с набранной критической прочностью не менее 70%. Минимальное значение критической прочности, установленное для бетонных изделий из цемента низкой марки, считают 50 кг/см2.
Из этого следует, что в зимнем бетонировании главным является необходимость обеспечить набор прочности до заморозки. Для этого пользуются ускоренными способами набора этого показателя:
Выбор способа, позволяющего производить бетонирование в зимний период, зависит от наличия внешних энерготепловых ресурсов, размера изготавливаемой конструкции, а также метеорологических условий среды, в которой производятся работы.
Для того чтобы при зимней укладке бетона использовать метод термоса, необходимо предварительно нагреть раствор. После этого его разливают в заранее нагретую опалубку. Срок, за который произойдет полное охлаждение опалубно-цементной конструкции, должен быть достаточным для набора бетоном необходимых характеристик прочности.Для использования этого метода воду, в которой будут разводить смесь, нагревают до 90°. Температура раствора после смешивания в специальном техническом миксере должна составлять 35°-45°. Для низкоактивных форм бетонной смеси рекомендован нагрев до более высокой температуры. К тому времени, как завершится укладочный процесс, температура раствора снизится еще на 10°.
Для того чтобы рассчитать режим остывания цементной смеси, применяют уравнение теплового баланса, разработанного Б.Г. Скрамтаевым. Для высокой эффективности данного метода рекомендуют использовать быстротвердеющие марки цемента, отличающиеся высокой прочностью. Перспективным считается использование электрического разогрева раствора непосредственно на месте осуществления строительных работ. Смеси, разогретые до 70°-90°, укладывают в опалубку таким же образом, как и при горячем формовании бетонных конструкций.