БЕТОНИРОВАНИЕ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ

1. Общие положения

Понятие «зимние условия» в технологии монолитно­го бетона и железобетона несколько отличается от об­щепринятого — календарного.

Зимние условия начина­ются, когда среднесуточная температура наружного воздуха снижается до.+5°С, а в течение суток падает ниже 0 °С.

При отрицательных температурах не прореагиро­вавшая с цементом вода переходит в лед и как твердое тело в химическое соединение с цементом не вступает. В результате этого прекращается реакция гидратации и, следовательно, бетон не твердеет. Одновременно в бе­тоне развиваются значительные силы внутреннего дав­ления, вызванные увеличением (примерно на 9%) объе­ма воды при переходе ее в лед. При раннем заморажи­вании бетона его неокрепшая структура не может противостоять этим силам и нарушается. При последую­щем оттаивании замерзшая вода вновь превращается в жидкость и процесс гидратации цемента возобновля­ется, однако разрушенные структурные связи в бетоне полностью не восстанавливаются.

Замораживание свежеуложенного бетона сопровож­дается также образованием вокруг арматуры и зерен за­полнителя ледяных пленок, которые благодаря притоку воды из менее охлажденных зон бетона увеличиваются в объеме и отжимают цементное тесто от арматуры и заполнителя.

Все эти процессы значительно снижают прочность бетона и его сцепление с арматурой, а также уменьшают его плотность, стойкость и долговечность.

Если бетон до замерзания приобретает определенную начальную прочность, то все упомянутые выше процес­сы не оказывают на него неблагоприятного воздействия. Минимальная прочность, при которой замораживание для бетона не опасно, называется критической. Величи­на критической прочности зависит от класса бетона, вида и условий эксплуатации конструкции и составляет: для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягае-мой арматурой — 50 % проектной прочности для бетона классов до В15, 40 % для бетона классов В15 и В22, 5 и 30 % для бетона классов ВЗО и В40; для конструкций

IX.62. Графики нарастания прочности бетона с —при температуре до  50 °С бетона на портландцементах марок 400...500; б —при температуре до 50 °С на шлакопортландцементах марок 300...400; в —при прогреве бетона на портландцементах марок 400...500; г — при прогревебетона на шлакопортландцементах марок 300...400

с предварительно напрягаемой арматурой и особо ответ­ственных железобетонных конструкций — 70 % проект­ной прочности; для конструкций, подвергающихся мно­гократному замораживанию и оттаиванию или действию давления воды, а также для всех конструкций, к которым предъявляются специальные требования по, морозостой­кости, газо- и водонепроницаемости, — 100 % проектной прочности.

Продолжительность твердения бетона и его конечные свойства в значительной степени зависят от температур­ных условий, в которых выдерживают бетон. По мере повышения температуры увеличивается активность воды, содержащейся в бетонной смеси, ускоряется процесс ее взаимодействия с минералами цементного клинкера, интенсифицируются процессы формирования коагуляци-онной и кристаллической структуры бетона. Наоборот, при снижении температуры все эти процессы заторма­живаются и твердение бетона замедляется (рис. IX.62). Поэтому при создании монолитного железобетона в зимних условиях необходимо создать и поддерживать такие температурно-влажностные условия, при которых бетон твердеет до приобретения критической или заданной прочности в минимальные сроки с наименьшими трудо­выми затратами. Для этого применяют специальные спо­собы приготовления, подачи, укладки и выдерживания бетона.

При приготовлении в зимних условиях температуру бетонной смеси повышают до 35...40 °С путем подогрева заполнителей и воды. Заполнители подогревают до 60 °С паровыми регистрами, во вращающихся барабанах, в установках с продувкой дымовых газов через слой за­полнителя, горячей водой. Воду подогревают в бойлерах или водогрейных котлах до 90 °С. Подогревать цемент запрещается.

При приготовлении подогретой бетонной смеси при­меняют иной порядок загрузки составляющих в бетоно­смеситель. В летних условиях в барабан смесителя, пред­варительно заполненного водой, загружают одновремен­но все сухие компоненты. Зимой во избежание «заваривания» цемента в барабан смесителя вначале за­ливают воду и загружают крупный заполнитель, а после нескольких оборотов барабана — песок и цемент. Об­щую продолжительность перемешивания в зимних усло­виях увеличивают в 1, 2...1, 5 раза. Бетонную смесь тран­спортируют в закрытой утепленной и прогретой перед началом работы таре (бадьях, кузовах автомашин). Автомашины имеют двойное днище, в полость которого поступают отработанные газы мотора, что предотвраща­ет теплопотери. Бетонную смесь следует транспортиро­вать от места приготовления до места укладки по воз­можности быстрее и без перегрузок. Места погрузки и выгрузки должны быть защищены от ветра, а средства подачи бетонной смеси в конструкции (хоботы, виброхо­боты и др.) утеплены.

Состояние основания, на которое укладывают бетон­ную смесь, а также способ укладки должны предотвра­щать ее замерзание в стыке с основанием и деформации основания при укладке бетона на пучинистые грунты. Для этого основание до укладки смеси отогревают до положительных температур и предохраняют от замерза­ния до приобретения вновь уложенным бетоном требуе­мой прочности.

Опалубку и арматуру до бетонирования очищают от снега и наледи, арматуру диаметром более 25 мм, а так­же арматуру из жестких прокатных профилей и крупные металлические закладные детали при температуре ниже —10 °С предварительно отогревают до положительной температуры.

Бетонирование зимой следует вести непрерывно и вы­сокими темпами, при этом ранее уложенный слой бето­на должен быть перекрыт до того, как в нем снизится температура ниже предусмотренной.

Строительное производство располагает обширным арсеналом эффективных и экономичных методов выдер­живания бетона в зимних условиях, позволяющих обес­печить высокое качество конструкций.

Эти методы мож­но подразделить на три группы:

• метод, основанный на использовании начального теплосодержания, внесенного в бетонную смесь при ее приготовлении или перед ук­ладкой в конструкцию, и тепловыделение цемента, со­провождающего твердение бетона, — так называемый метод «термоса»;
• методы, основанные на искусственном прогреве бетона, уложенного в конструкцию, — элект­ропрогрев, индукционный, инфракрасный и контактный нагрев, паро- и воздухообогрев;
• методы, использующие эффект понижения эвтектической точки воды в бетоне с помощью специальных противоморозных химических добавок.

 Методы можно комбинировать.

Выбор того или иного метода зависит от вида и мас­сивности конструкции, вида, состава и требуемой проч­ности бетона, метеорологических условий производства работ, энергетической оснащенности строительной пло­щадки и т. д.

Метод «термоса»

Метод термоса заключается в том, что бетонную смесь, имеющую положительную температуру (обычно 15...30°С) укладывают в утепленную опалубку. В ре­зультате этого бетон конструкции набирает заданную прочность за счет начального теплосодержания и экзо­термического тепловыделения цемента за время осты­вания до 0°С.

Начальное теплосодержание 1 м³ нагретой на 1 °С бетонной смеси Q б составляет

Q _б = C ₆ y ₆ At = 1, 05-2400-1 =2520 кДж/(м³-С),

где Со — удельная теплоемкость бетона, кДж/кг-°С; уъ — плотность бетона, кг/м³.

Это же количество тепла необходимо внести в 1 м³ бетона для нагрева на 1º независимо от вида и метода передачи ему энергии.

В процессе твердения бетона выделяется экзотерми­ческое тепло, количество которого зависит от вида при­меняемого цемента и температуры выдерживания.

Наибольшим экзотермическим тепловыделением об­ладают высокомарочные и быстротвердеющие портланд-цементы. Так, при применении бетона на портландцемен­те 500 (при расходе цемента 300 кг) и твердении при 40^º С 1 м³ получают следующее количество тепла: че­рез 12 ч — 167-300=50100 кДж,

 через 1 сут — 209X300=62700 кДж, через 2 сут — 272х300=81600 кДж и т. д. Это количество тепла обеспечит экзотермический разогрев 1 м³ бетона: через 12 ч — на 20 °С, через 1 сут — на 25 ^СС, через 2 сут — на 32 °С. Таким образом, экзотермия цемента в значительной степени обеспечива­ет теплосодержание бетона конструкции, выдерживае­мого методом «термоса».

Поэтому при применении метода «термоса» рекомен­дуется применять бетонную смесь на высокоэкзотермиче­ских портландских и быстротвердеющих портландских цементах, укладывать с повышенной начальной темпе­ратурой и тщательно утеплять конструкцию.

Метод тем эффективнее, чем массивнее бетонируемая конструкция. Степень массивности конструкций харак­теризуется модулем ее поверхности М_п — отношением площади охлаждаемых поверхностей конструкции F к ее объему V: M_n = F / V. Для колонн, балок и других ли­нейных конструкций М_п определяется отношением пери­метра к площади поперечного сечения.

При применении метода «термоса» невозможно ак­тивно регулировать процесс остывания выдерживаемой конструкции. Поэтому расчетом следует определять продолжительность этого остывания и строго соблюдать предусмотренные расчетом условия.

Расчет должен показать, что выдерживаемая конст­рукция при принятых условиях (при данном виде, марке и расходе цемента, утеплении опалубки и открытых по­верхностей, начальной температуре бетона и температу­ре наружного воздуха) будет остывать до 0°С в течение времени, необходимого для приобретения им заданной прочности.

С достаточной для практики точностью продолжительность остывания бетона, т, ч, можно определить по фор­муле Б. Г. Скрамтаева

τ = [С_б γ б (tб.н –tб.к) + ЦЭ]/3, 6КМ_п (t_{б ср} –t н.в. ),

где γ б — плотность бетона, кг/м³; tб.н — начальная температура бе­тона после укладки, °С; tб.к — температура бетона к концу остыва­ния, °С; в запас прочности для бетонов без противоморозных доба­вок рекомендуется принимать 5 °С; Ц — расход цемента, кг/м³; Э— тепловыделение цемента, кДж/кг, за время твердения бетона прини­мается по табл. IX.2; К — коэффициент теплопередачи опалубки или укрытия неопалу бленных поверхностей, Вт/м²-°С, определяется по табл. IX.3 или специальным расчетом (приводится в соответствую­щих справочниках); М_п — модуль поверхности конструкции, м^-1; t_{б ср} — средняя температура за время остывания бетона, °С; опреде­ляется эмпирической зависимостью

 t_{б ср} =  tб.н /(1.03 + 0, 181М_П + 0, 006 tб.н), t н.в — температура наружного воздуха, °С.

Определив таким образом продолжительность осты­вания, по графикам набора прочности (см. рис. IX.62) в зависимости от средней температуры твердения уста­навливают прочность, полученную бетоном. Если эта прочность соответствует требуемой прочности к момен­ту остывания, то заложенные в расчет параметры вы­держивания принимают для производства работ.

Рассмотренный метод «термоса» (в практике строи­тельства его называют «обычным» или «классическим») применяют при бетонировании массивных конструкций с М_п< 6 при укладке смесей на портландцементе и с М_п< 10 на быстротвердеющем портландцементе.

Модификации метода «термоса» («термос с добавка­ми-ускорителями» и «горячий термос») позволяют рас­ширить область его применения на конструкции с боль­шим М„.

«Термос с добавками-ускорителями». Некоторые хи­мические вещества (хлористый кальций СаС1₂, углекис­лый калий — поташ К2СОз, натрит натрия NaN0₂ и др.). введенные в бетон в незначительных количествах (до 2 % массы цемента), существенно ускоряют процесс твердения в начальный период выдерживания бетона. Так, бетон с 2 % хлористого кальция от массы цемента уже на третий день достигает прочности в 1, 7 раза большей, чем бетон того же состава, но без добавки (табл. IX.4). Во-вторых, введение в бетон добавок-уско­рителей, являющихся одновременно и противоморозными добавками, в указанных количествах понижает темпе­ратуру замерзания до —3°С, тем самым увеличивая продолжительность твердения бетона, что также способ­ствует приобретению бетоном большей прочности.

 

IX.4. Увеличение прочности бетона с добавкой СаС1₂ в количестве 2 % от массы цемента

	Увеличение прочности, % бетона
Возраст бетона, сут	на портландцементе	на пуццолановом портландцементе
2 7 28	165 120 110	200  125  115

 

Бетоны с добавками-ускорителями готовят на подогретых заполнителях и горячей воде. При этом температура бетонной смеси на выходе из смесителя колеблется s в пределах 25...35°С, снижаясь к моменту укладки

до 20°С. Такие бетоны применяют при температуре наружного воздуха —15...—20 °С. Укладывают их в утепленную опалубку и после виброуплотнения закрывают сло­ем теплоизоляции. Твердение бетона происходит как  результат термосного выдерживания в сочетании с положительным воздействием химических добавок. Этот способ, простой и достаточно экономичный, позволяет  применять метод «термоса» для конструкций с М_п< 8 (бетоны на обычных портландцементах).   

«Горячий термос». Этот способ заключается в кратковременном разогреве бетонной смеси до температуры       60...80°С, уплотнении ее в горячем состоянии и выдерживании — термосном или с дополнительным обогревом. В условиях строительной площадки бетонную смесь разогревают, как правило, электрическим током. Для этого порцию бетонной смеси с помощью электродов включают в электрическую цепь переменного тока в качестве сопротивления.

В результате в бетонной смеси выделяется мощность Р, кВт:

 P = U ² / R 1000 = I² R/1000,

где U — напряжение на электродах, В; I — сила тока, A; R — оми­ческое сопротивление прогреваемой порции бетонной смеси, Ом.

Выделяемая в бетонной смеси мощность за некото­рое время повышает ее теплосодержание:

Q = 3, 6(U²/R)τ = 3, 6I² Rτ,

где Q — повышение теплосодержания бетонной смеси (количество выделенного тепла), кДж; τ — продолжительность воздействия элек­трического тока на бетонную смесь (продолжительность разогрева), ч.

Таким образом, как выделяемая мощность, так и ко­личество выделяемого за промежуток времени тепла за­висят от подводимого к электродам напряжения (пря­мая пропорциональность) и омического сопротивления прогреваемой бетонной смеси (обратная пропорцио­нальность).

В свою очередь, омическое сопротивление является функцией геометрических параметров плоских электро­дов, расстояния между электродами и удельного оми­ческого сопротивления бетонной смеси (рис. IX.63)

R =( b / ac ) p, где 6 — расстояние между электродами, м; ас — площадь рабочей части электрода, м²; р — удельное омическое сопротивление бетон­ной смеси, Ом-м (в зависимости от минералогического состава цемен­та, количества воды затворения равно 6...Э Ом-м).

Если принять объем разогреваемой бетонной смеси равным 1 м³ и расстояние между электродами — Ь, то удельная выделяемая мощность составит

р_уд = 1/3/pfc? 1000, кВт, а количество выделившегося тепла за время т Q_yJt = 3 fi ( U? / pb ² ) x.

 

IX.63, Схема электроразогрева бе­тонной смеси

/ — электроды; 2— бетонная смесь

 

Затрата 1 кВт-ч электроэнергии эквивалентна 3600 кДж, что позволяет поднять температуру в 1 м³ бетонной смеси на 3600/2500» 1, 4 °С.

Электроразогрев бетонной смеси осуществляют при напряжении тока 380 В и реже — 220 В. Для организа­ции электроразогрева на строительной площадке обо­рудуют пост с трансформатором (напряжение на низ­кой стороне 380 или 220 В), пультом управления и рас­пределительным щитом.

Электроразогрев бетонной смеси осуществляют в ос­новном в бадьях или в кузовах автосамосвалов. IX, 64. Электроразогрев бетонной смеси

а — общая схема бетонирования конструкций; б — схема поворот­ной бадьи; а— схема электроразо­грева в кузовах автосамосвалов; / — бетонный завод; 2 — бетоно­воз; 3 — электробадья; 4 — пульт управления; 5 —кран; 6 — укладка смеси; 7 — токопроводящие устрой­ства; 8 — вибратор; 9 — корпус бадьи; 10 — электроды; 11 — тель­фер на портале; /2—рама с элект­родами; 13 — кузов автосамосва­ла; 14—ограждение; 15 — зазем­ление

В первом случае приготовленную на бетонном заводе смесь, имеющую температуру 5...15°С, доставляют ав­тосамосвалами на строительную площадку, выгружают в электробадьи, разогревают до 70...80°С и укладывают в конструкцию (рис. IX.64, а). Чаще всего применяют обычные опрокидные бадьи (туфельки) с тремя элект­родами из стали толщиной 5 мм (рис. IX.64, б), к кото­рым с помощью кабельных разъемов подключают провода (или жилы кабелей) питающей сети. Для равно­мерного распределения бетонной смеси между электродами при загрузке бадьи и лучшей выгрузки разогретой смеси в конструкцию на корпусе бадьи ус­тановлен вибратор.

Во втором случае приготовленную на бетонном заво­де смесь доставляют в кузове автосамосвала на строи­тельную площадку. Автосамосвал въезжает на пост разогрева (рис. IX.64, в) и останавливается в строго определенном положении под рамой и электродами. При работающем вибраторе электроды опускают в бетонную смесь и подают напряжение.

Разогрев ведут в течение 10... 15 мин до температу­ры смеси на быстротвердеющих портландцементах 60°С, на портландцементах — 70 °С, на шлакопортландцементах — 80 °С. Для разогрева смеси до таких высоких температур за короткий промежуток времени требуются большие электрические мощности. Так, для разогрева 1 м³ смеси до 60° за 15 мин требуется 240 кВт, а за 10 мин — 360 кВт установленной мощности.

Метод «горячий термос» применяют для конструкций с М_п< 12.

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться: