- комбинированные методы.

Пассивные методы термообработки бетонной смеси

К пассивным методам относятся:

- выдерживание в тепляках;

- метод «термоса».

Выдерживание бетона в тепляках

Метод выдерживания в искусственных укрытиях-тепляках применяется реже, так как его применение вызывает удорожание бетонных работ, связанных с дополнительными затратами; кроме того он осложняет выполнение смежных работ.

Искусственное укрытие - это трубчатый каркас, обшитый фанерой и легким утеплителем.

В последнее время в качестве тепляков применяются пневматические укрытия следующих конструкций:

- воздухопорные оболочки; их проектное положение обеспечивается избыточным давлением воздуха;

- пневмокаркасные покрытия; несущим каркасом в них являются трубчатые надувные арки или рамы; давление в таких покрытиях составляет 0,61,0 МПа.

Пневматические укрытия более эффективны при производстве бетонных работ в малых объемах, т. к. они возводятся за короткое время.

Сущность метода «термоса» состоит в том, что бетонная смесь, уложенная в утепленную опалубку, твердеет за счет изотермического и экзотермического химических процессов, т. е. за счет внесенного тепла самим бетоном и тепла, выделенного в результате гидратации цемента. Поэтому этот метод является энергоэкономным методом выдерживания бетона.

Процесс выдерживания бетона этим методом можно разбить на 3 периода: в первый период происходит небольшое снижение начальной температуры бетона в результате влияния наружной температуры; второй период характеризуется тем, что в результате изотермического процесса и гидратации цемента происходит повышение температуры бетона; в третьем периоде температура бетона, достигнув максимума термосного режима, начинает снижаться. На интенсивное снижение оказывают прямое влияние температура наружного воздуха и теплоустойчивость опалубки.

Режим термосного выдерживания зависит от вида и марки цемента, вида и размеров бетонируемой конструкции, условий выполнения работ.

Режим термосного выдерживания железобетонной конструкции зависит от процента ее армирования.

Наиболее эффективен метод «термоса» для конструкций с модулем поверхности не более 6, т. е. для конструкций массивных.

Метод «термоса» следует применять при температуре окружающей среды не ниже -15 С.

Метод «термоса» следует применять в тех случаях, когда к бетону предъявляются повышенные требования по морозостойкости, водонепроницаемости и трещиностойкости.

Активная термообработка

Активная термообработка или электротермообработка - это искусственное внесение тепла в бетонную конструкцию в период ее твердения с целью достижения бетоном критической прочности в сжатые сроки.

Различают следующие методы электротермообработки бетона;

- электропрогрев;

- контактный электропрогрев;

- индукционный прогрев;

- инфракрасный нагрев.

Электропрогрев бетона: используют одно или трехфазный переменный ток нормальной частоты.

Электропрогрев бетона проводят при пониженных напряжениях (50100 В).

Применяют две схемы электропрогрева; периферийный и внутренний.

Электропрогрев проводят с помощью электродов. По способу расположения электродов в прогреваемой конструкции они бывают внутренние и поверхностные:

- сущность внутреннего электропрогрева заключается в том, что электроды располагаются внутри бетонной конструкции; электрическая энергия преобразуется внутри бетона в тепловую;

- при периферийном электропрогреве электроды размещаются по наружной поверхности бетона; направление теплопередачи тепловой энергии - от периферии во внутрь конструкции.

Режим электропрогрева

Применяют три режима электропрогрева: трехступенчатый, двухступенчатый и пульсирующий (рис.8).

а б в

Рис. 8. Графики режимов прогрева бетона:

а - изотермический режим; б - изотермический с остыванием; в - ступенчатый

Широко используется трехступенчатый режим.

Сущность его состоит в следующем: первая ступень - происходит плавный подъем температуры до расчетного значения; вторая ступень - изотермический прогрев при постоянной температуре; третий период - остывание бетона от расчетной величины до 0 С.

Контактный электрообогрев бетона

Для контактного электрообогрева монолитных тонкостенных конструкций довольно часто применяют термоактивные (греющие) опалубки. Тепло бетону передается через слои материала от электронагревателей различного типа - трубчатых (ТЭНы), сетчатых, кабельных. Особенно эффективно использование греющей опалубки для периферийного обогрева тонкостенных конструкций толщиной прогреваемого слоя бетона на одну поверхность нагрева не более 200 мм.

По сравнению с электропрогревом контактный электрообогрев дает экономию около 20 % потребляемой электроэнергии.

Рассматриваемый метод обогрева бетона имеет по сравнению с другими ряд преимуществ, а именно:

- электробезопасность;

- возможность применения для всех тонкостенных конструкций независимо от процента их армирования;

- высокая степень оборачиваемости опалубки;

- возможность предварительного обогрева опалубки с целью устранения наледи;

- возможность обеспечения более равномерного температурного поля и регулирования этого процесса.

При применении термоактивной опалубки температура бетонной смеси должна дать не ниже +5 С.

Прогрев осуществляют при температуре 3060 С со скоростью подъема температуры 510 С/ч.

В последнее время в качестве греющего элемента используют покрытия из полипропилена.

В качестве заполнителя в состав покрытия с целью повышения теплопроводности стали вводить ацетиленовую сажу.

Полипропиленовое покрытие, обладая гидрофобными свойствами, обеспечивает защитные и антиадгезионные функции.

Для обогрева открытых поверхностей конструкций тонкостенных и средней массивности используют термосистемные гибкие покрытия (ТАГП).

Они наиболее целесообразны при бетонировании распластанных или наклонных тонкостенных конструкций с большими открытыми поверхностями.

ТАГП следует использовать сразу после укладки предварительно разогретой бетонной смеси.

Метод индукционного прогрева

Этот метод основан на использовании электромагнитной индукции, при которой энергия переменного электромагнитного поля превращается в арматуре или в стальной опалубке в тепловую и далее передается бетону.При прохождении электрического тока через обмотку-индуктор вокруг нее возникает градиентное магнитное поле.

В арматуре или металлической опалубке, находящейся в зоне этого поля, возникают вихревые токи, нагревающие металл; возникающее при этом тепло передается непосредственно бетонной среде.

Наличие электромагнитного поля обеспечивает более равномерный прогрев бетона, так как происходит более равномерное распределение влаги в прогреваемой конструкции. Применяют различные схемы индукторов: многоветвевые катушки, индукторы в виде плоской концентрической спирали, индукторы с сердечником из трансформаторной стали и др.

Напряжение, используемое при индукторном прогреве может быть 220, 380 В; при этом изоляция должна быть надежной.

Удельный расход электрической энергии равен 130150 кВтч/м³.

Индукционный прогрев целесообразно использовать при термообработке стыков сборных конструкций, сооружений, возводимых в переставной и скользящей опалубках и др.

Инфракрасный нагрев бетона

Он основан на передаче лучистой энергии от генератора инфракрасного излучения нагреваемым поверхностям через воздушную среду.

Инфракрасный нагрев применяют при термообработке монолитных стыков сложной конфигурации, густоармированных стыков старого бетона с укладываемым; он рационален для нагрева горизонтальных тонкостенных конструкций (плит, оболочек), обогрева «активной» поверхности железобетонной несъемной опалубки и др.

Обогревают инфракрасными лучами как открытые поверхности бетона, так и закрытые опалубкой.

В качестве генераторов излучения используют трубчатые, стержневые карборундовые излучатели. Удельная мощность таких излучателей - 0,61,2 кВт/м, температура - 13001500 С.

Для работы излучателей инфракрасного нагрева применяются напряжения 127, 220, 380 В.

Генераторы излучения помещают в металлический сферический или трапецеидальный отражатели.

Преимуществами метода являются:

- простота изготовления и эксплуатации;

- электробезопасность;

- отсутствие необходимости в переоборудовании опалубки;

- возможность отогрева основания, удаление наледи до бетонирования.

К числу недостатков можно отнести:

- существенная трудоемкость метода, связанная с переносом, расстановкой и подключением к электрической сети инфракрасных излучателей;

- высокий удельный расход электроэнергии.

Применение противоморозных добавок

Противоморозные добавки снижают температуру замерзания воды, ускоряют процесс твердения бетона.

Противоморозные добавки применяют в количестве 310 % от массы цемента; количество добавок зависит от температуры бетона, вида добавки.

К химическим добавкам, ускоряющим твердение бетона, относятся: хлористые соли - NaCl (хлорид натрия) и CaCl₂ (хлорид кальция), NaNO₃ (нитрат натрия), Na₂SO₄ (сульфат натрия).

К добавкам, снижающим температуру замерзания воды в бетоне относятся: К₂СО₃ (углекислый калий или поташ), NaNO₃, комплексные добавки NaNO₃ + CaCl₂, NaCl + CaCl₂.

При бетонировании армированных конструкций необходимо применять добавки, не вызывающие коррозию арматуры и не дающие высоты на поверхности бетона; к ним относятся хлористые соли; нитрат натрия и поташ.

Добавку поташ применяют при наружной температуре до -25 С.

Когда химические добавки вводят в бетонную смесь в количестве 1015 % массы цемента, то получают холодный бетон. Холодный бетон в 28 суточном возрасте приобретает не более половины проектной прочности.

Противоморозные добавки нельзя применять: в конструкциях, работающих в агрессивной среде, содержащей примеси кислот, сульфатов, щелочей; в конструкциях, подверженных в период эксплуатации тепловым воздействиям более 60 С; при расположении конструкций на расстоянии менее 100 м от источника высокого напряжения.

Производство бетонных работ в условиях жаркого климата

Особенности производства работ

Условиями сухого жаркого климата являются условия, отличающиеся высокой температурой (средняя в 13 ч дня - выше 25 С) и низкой относительной влажности воздуха (меньше 50 %).

В условиях жаркого климата качество бетона зависит от качества приготовления, транспортирования, подачи, укладки и ухода за ним. На всех этих этапах необходимо создать технологические условия, снижающие процесс обезвоживания бетона.

На технические и технологические свойства бетонной смеси в условиях сухого жаркого климата оказывают существенное влияние выбор исходных материалов, состав бетона, режим ухода за ним.

Выбор исходных материалов для приготовления бетонной смеси

Если конструкция не находится под водой или во влажной среде, то не допускается применение шлакопортландцемента или пуццоланового портландцемента класса ниже В30. Лучше всего применить высокоактивный портландцемент, который обладает высоким темпом начального твердения и меньшей влагоотдачей.

Особые требования выдвигаются и к крупным заполнителям.

Если бетонная смесь используется для наземных конструкций, подверженных частому циклическому нагреву, то следует использовать крупный заполнитель с почти таким же коэффициентом теплового расширения, как и для цементно-песчаной смеси. Для бетонных конструкций класса до В 22,5 необходимо применять вместо гравия щебень; гравий обладает меньшей величиной сцепления с цементным раствором и снижает прочность бетона на растяжение и трещиностойкость.

Особое внимание необходимо обратить на бетонные смеси с пористыми заполнителями. Они, с одной стороны, в результате отсоса заполнителями части связанной воды, при высокой температуре и низкой влажности теряют свою подвижность; с другой стороны, бетон на пористых заполнителях в процессе твердения меньше, чем бетон на тяжелых заполнителях испытывает отрицательное влияние жаркой и сухой погоды.

В условиях высокой температуры и низкой влажности в бетонную смесь, независимо от вида крупного заполнителя, необходимо вводить химические добавки; они уменьшают водопотребность бетонной смеси и снижают потерю подвижности.

В условиях жаркого климата на твердеющий бетон оказывают влияние нижеперечисленные факторы:

- выделение тепла бетоном вследствие гидратации цемента;

- передача тепловой энергии излучением из окружающей среды;

- накопление бетоном теплоты за световой день;

- выделение теплоты с поверхности бетона в окружающую среду конвективным путем (собственное излучение и отражение).

При ведении бетонных работ надо обеспечить необходимую подвижность бетонной смеси перед ее укладкой.

Существуют различные способы сохранения требуемой подвижности бетонной смеси:

- увеличение расхода воды, но это вызывает соответствующий расход цемента;

- снижение температуры бетонной смеси в процессе ее приготовления; и обеспечение сохранности консистенции бетонной смеси при транспортировании и укладки.

Снизить температуру смеси можно:

- смачиванием заполнителей охлажденной водой;

- обдуванием заполнителей холодным воздухом;

- добавлением льда в количестве до 50 % массы воды;

- добавлением в бетонную смесь жидкого азота;

- введением в бетонную смесь при приготовлении поверхностно-активных добавок - 0,40,5 % массы цемента.

Важной технологической задачей является предохранение бетонной смеси от обезвоживания после укладки в опалубку.

С этой целью применяют следующие способы:

- периодический полив водой;

- укрытие гидрофильными материалами: песком, опилками, мешковиной, соломенными и камышовыми матами, с последующим постоянным увлажнением;

- укрытие пароводонепроницаемыми материалами: брезентом, полимерной пленкой, с обеспечением замкнутого пространства;

- пропитывание полимеризующимися гидрофобными композициями;

нанесение на поверхность пленкообразующих составов;

- укрытие поверхности теплоизоляционными материалами: полимерной пеной, термовлагоизоляционными покрытиями.

Как показывают результаты исследований, полив бетона не только не предохраняет бетон от обезвоживания, а вызывает так называемый термический удар через 1015 минут после полива: интенсивная потеря влаги, ухудшение поровой структуры и возникновение растягивающих напряжений в поверхностных слоях бетона более чем на 50 % больше допустимых.

При производстве бетонных работ в условиях высоких температур и низкой влажности используют в основном искусственные пленки. Правильный выбор пленки является весьма важным. Например, полиамидные пленки, являются прочными, эластичными, прозрачными, но под влиянием солнечной радиации у них появляются микро и макро трещины; они разрушаются при деформациях.

Для обеспечения в условиях жаркого климата нормальных температурно-влажностных режимов, используют пленки с функциональным защитным покрытием с коэффициентом лучистой энергии до 80 %; такое покрытие обеспечивает снижение скорости подъема температуры в 4 раза, но такие покрытия разрушаются при воздействии воды.

При бетонных работах в условиях сухого жаркого климата начальная усадка бетона и скорость ее протекания увеличиваются почти в два раза по сравнению с твердением бетона в летний период с умеренным климатом. В этой связи необходимо, чтобы промежуток времени между укладкой бетона в опалубку и началом ухода за ним был наименьшим.

Интенсификация твердения бетона

В условиях высокой температуры воздуха и низкой влажности путем сокращения сроков выдерживания бетона можно снизить уровень его обезвоживания. С этой целью используют методы интенсификации твердения бетона. Методы ускоренного твердения позволяют бетону достигнуть проектной или критической прочности. Величина критической прочности зависит от состава и класса бетона, вида и активности цемента, вида химических добавок, вводимых в бетон, режима выдерживания, водоцементного отношения и др.

Вместе с тем величина критической прочности не должна быть ниже 50 % проектной прочности.

Применяются следующие методы ускоренного твердения в условиях сухого жаркого климата:

- метод предварительного форсированного электроразогрева бетонной смеси;

- применение ускорителей твердения в композициях с пластифицирующими добавками;

- метод тепловой обработки;

- применение высокоактивных цементов.

Из перечисленных методов наиболее эффективным в некоторых случаях оказывается метод тепловой обработки, т. к. обеспечивает получение бетоном в относительно сжатые сроки необходимой прочности. Известно, что если бетон набрал 7080 % проектной прочности, то в дальнейшем, в условиях сухого климата, отпадает необходимость в специальном уходе.

В районах с сухим жарким климатом один из путей снижения энергетических затрат является использование энергии солнечной радиации. Так, например, свежеуложенный бетон покрывают светонепроницаемой полиэтиленовой пленкой; она пропускает лучистую энергию, но предотвращает потерю воды. На заводах железобетонных конструкций при полигонном изготовлении сборных конструкций используют гелиоформы со светопрозрачными и теплоизолирующими покрытиями. Такие установки обеспечивают получение в течение суток почти половины проектной прочности. Этой величины достаточно для распалубливания бетонной конструкции.

Интересным и простым решением в использовании солнечной энергии является прогрев бетона в результате выдерживания в «парниковом режиме» под светопрозрачными пленочными покрытия. Этот дешевый и доступный метод может быть широко применен для конструкций любой конфигурации, но наиболее эффективен он для распластанных конструкций.

Методы ускоренного твердения бетона могут быть наиболее эффективными при возведении многоэтажных зданий, высотных сооружений, в условиях сухого жаркого климата.[11]



Часть II. «Бетонирование в условиях отрицательных температур»

Особенности бетонирования в зимних условиях.

Понятие «зимние условия» при производстве бетонных работ несколько отличается от общепринятого -- календарного. Зимние условия начинаются, когда среднесуточная температура наружного воздуха снижается до +5 °С, а в течение суток наблюдается падение температуры ниже 0 °С.

Неукрытый бетон при температуре ниже 0 ?С замерзает, физико-химические процессы взаимодействия воды и цемента прекращаются, твердение бетона приостанавливается. Одновременно внутри бетона появляются силы смерзания и внутреннего давления, вызываемые увеличением объема воды при замерзании примерно до 10 %. Эти силы могут привести к недопустимым деформациям конструкции при раннем замерзании бетона. Кроме того, замерзшая вода образует тонкую пленку (наледь) на поверхности зерен заполнителей, что препятствует их сцеплению с цементом.

При оттаивании твердение бетона в условиях положительных температур возобновляется, но его прочность оказывается ниже требуемой, снижается сцепление бетона с арматурой, уменьшается его плотность и стойкость к воздействию внешних факторов. Однако опыт показывает, что если бетон замерзнет не сразу после укладки, а через некоторое время, в течение которого он успеет набрать определенную прочность, в последующем отрицательная температура наружного воздуха не оказывает существенного влияния на продолжающиеся процессы твердения, и бетон в конструкции приобретает заданную прочность.

Минимальная прочность бетона к моменту возможного замерзания называется критической. Для бетонов марок М100...М150 она не должна быть менее 50 % проектной прочности, для марок М200...М300 -- 40 %, для марок М400... ...М500 -- не менее 30 %, но в любом случае не меньше 5 МПа; для конструкций с предварительно напряженной арматурой, пролетных строений мостов и других особо ответственных железобетонных сооружений -- не менее 80 % проектной прочности и 100 % для конструкций, подвергающихся сразу после выдерживания действию расчетного давления воды.

Многолетняя практика производства работ в зимних условиях, основанная на исследованиях советских ученых и опыте строителей-производственников, дала возможность разработать современную технологию зимних бетонных работ, предусматривающую специальные приемы подачи и укладки бетонной смеси и особые условия выдерживания бетона. Задача состоит в том, чтобы искусственно создать и поддерживать температурно-влажностный режим для твердения бетона, выдерживаемого при низких температурах воздуха, в течение времени, требуемого для достижения бетоном критической или проектной прочности, стремясь к ускорению срока распалубки конструкций.

Применяют несколько различных технологических приемов создания искусственной среды для выдерживания бетона в зимних условиях. Это -- безобогревные методы, к которым относятся методы термоса и термоса с химическими добавками, и методы искусственного подогрева конструкций, включающие электротермообработку бетона, паро- и воздухопрогрев. В последнее время расширяется область применения тепляков.

Подготовительные и транспортные работы.

До начала бетонных работ необходимо:

- установить арматуру;

- смонтировать опалубку;

- подготовить и проверить исправность технологического оборудования для подачи бетона в опалубку;

- проверить и подготовить к работе вибраторы;

- проверить наличие гидроизоляционного материала и утеплителя для укрытия неопалубленных поверхностей и соответствие их требованиям технологической карты;

- проверить общее состояние нагревателей, термоактивных щитов и т.д.;

- проверить соответствие омического сопротивления нагревателей и их удельной мощности паспортным данным, электрическое сопротивление изоляции нагревателей и коммутирующей разводки (величина сопротивления должна быть не менее 0,5 Мом).

Для перевозки бетонной смеси в зависимости от осадки конуса, сроков схватывания, дальности перевозок, состояния дорог, а также факторов окружающей среды могут применяться следующие транспортные средства: автобетоносмесители, автобетоновозы, автосамосвалы. Транспортирование смеси может осуществляться в бадьях и бункерах, установленных на автомашинах, а также на железнодорожных платформах с мото- или электротягой.

Средства, предназначенные для транспортирования бетонной смеси, должны обеспечить сохранность ее свойств во время транспортирования, а также исключить возможность влияния факторов окружающей среды. Доставка бетона к месту укладки организуется таким образом, чтобы на месте укладки он имел заданную подвижность и однородность, а изготовленный бетон отвечал бы требованиям проекта. Выбор рациональных маршрутов и разработку графиков доставки бетонной смеси с завода на строительные объекты рекомендуется осуществлять в едином диспетчерском центре с помощью автоматической системы управления (АСУ) бетонорастворными заводами на электронно-вычислительных машинах. Если количество объектов незначительное и поток бетона мал, разрешается графики доставки бетона разрабатывать вручную по специально составленным программам математическими методами линейного и динамического программирования. Для сохранения технологических свойств бетонной смеси необходимо соблюдать следующие требования:

1. Транспортирование смеси осуществлять по дорогам с жестким покрытием и без каких-либо дефектов.

2. Стремиться к сокращению перегрузочных операций, желательно бетон укладывать непосредственно в опалубки или в бетоноукладочное оборудование.

3. С целью предотвращения расслаивания при выгрузке ограничить высоту свободного падения бетона до 1,5 м, в противном случае обеспечить строительную площадку вибролотками или виброхоботами.

4. Разработать организационно-технические мероприятия по предотвращению остывания и перегрева бетонной смеси при перевозке зимой или в условиях сухого и жаркого климата. Автотранспорт, занятый на перевозке бетонной смеси, должен быть оборудован средствами радиосвязи с центральным диспетчерским пунктом и строительным объектом. Кузова автотранспорта, в которых перевозится бетонная смесь, необходимо систематически очищать и промывать от наплывов бетона.

При выборе автотранспортных средств для перевозки бетонной смеси необходимо учитывать расстояние (или время) транспортирования, класс дороги, погодные условия, подвижность смеси. Максимально допустимое расстояние перевозки бетонной смеси () рекомендуется ориентировочно принимать по табл. 1 и 2.



табл. 1

табл. 2

Методы и режимы выдерживания бетона при отрицательных температурах.

Широкому развитию зимнего бетонирования способствовали исследования советских ученых А. В. Барановского, А. В. Вавилова, Н. Н. Данилова, А. М. Зеленина, А. Е. Кириенко, Б. А. Крылова, С. А. Миронова, В. В. Михайлова, В. М. Москвина, В. Н. Сизова, Б. Г. Скрамтаева, И. Г. Совалова, В. Ф. Утенкова, С. В. Шестоперова и др.

Как известно, бетон является искусственным камнем, получаемым в результате твердения рационально подобранной смеси цемента, воды н заполнителей. Согласно современным представлениям, образование и твердение цементного камня проходят через стадии формирования коагуляционной и кристаллических структур.

В стадии образования коагуляционной (связной) структуры вода, обволакивая мелкодисперсные частицы цемента, образует вокруг них так называемые сельватные оболочки, которыми частицы сцепляются друг с другом. По мере гидратации цемента процесс переходит в стадию кристаллизации. При этом в цементном тесте возникают мельчайшие кристаллы, превращающиеся затем в сплошную кристаллическую решетку. Этот процесс кристаллизации и определяет механизм твердения цементного камня и, следовательно, нарастания прочности бетона.

Ускорение или замедление процесса образования и твердения цементного камня зависит от температуры смеси и адсорбирующей способности цемента, определяемой его минералогическим составом.

Для твердения цементного камня наиболее благоприятная температура от 15 до 25°С, при которой бетон на 28-е сутки практические достигает стабильной прочности. При отрицательных температурах вода, содержащаяся в капиллярах и теле, замерзая, увеличивается в объеме примерно на 9%.

В результате микроскопических образований льда в бетоне возникают силы давления, нарушающие образовавшиеся структурные связи, которые в дальнейшем при твердении в нормальных температурных условиях уже не восстанавливаются. Кроме того, вода образует вокруг крупного заполнителя обволакивающую пленку, которая при оттаивании нарушает сцепление, т. е. монолитность бетона. При раннем замораживании по тем же причинам резко снижается сцепление бетона с арматурой, увеличивается пористость, что влечет за собой снижение его прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

При оттаивании замерзшая свободная вода, вновь превращается в жидкость и процесс твердения бетона возобновляется. Однако из-за ранее нарушенной структуры конечная прочность такого бетона оказывается ниже прочности бетона, выдержанного в нормальных условиях, на 15...20%. Особенно вредно попеременное замораживание и оттаивание бетона.

Прочность, при которой замораживание бетона уже не может нарушить его структуру и повлиять на его конечную прочность, называют критической.

Таким образом, при бетонировании в зимних условиях технологическая задача в основном заключается в использовании таких методов ухода за бетоном, которые обеспечили бы достижение предусмотренных проектом конечных физико-механических характеристик (прочность, морозостойкость и др.) или критической прочности.

Критическая прочность для бетонов марок ниже М200 должна быть не менее 50% проектной и не ниже 5 МПа, для бетонов марок М200...М300 -- не ниже 40%, для бетонов марок М400...М500 -- не ниже 30%. Для предварительно напряженных конструкций прочность бетона к моменту замораживания не должна быть ниже 70% 28-суточной прочности.

Тепляки

Метод выдерживания бетона в искусственных укрытиях (тепляках) связан с дополнительными затратами, осложняет производство смежных работ и не сокращает сроков строительства. Поэтому его используют, когда это вызвано технологической необходимостью.

Конструкция тепляка обычно состоит из трубчатого каркаса, обшитого фанерой и легким утеплителем.

Для бетонирования линейных сооружений можно применять катучие тепляки, передвигающиеся по рельсовому пути.

Эффективность искусственных тепляков может быть повышена при использовании в качестве укрытий пневматических конструкций.

Метод «термоса» наиболее эффективен для конструкции с модулем поверхности меньше 6. Однако благодаря правильному выбору расчетных параметров процесса термосного выдерживания бетона область применения метода может быть значительно расширена.

Оптимальные значения расчетных параметров режима термосного выдерживания могут быть выбраны с помощью математического моделирования. В данном случае математические модели могут быть представлены в виде системы взаимосвязанных параметров. При этом в качестве критерия оптимальности принимают минимальную себестоимость 1 м3 бетона монолитных конструкций.

Эффективность метода «термоса» в значительной мере зависит от температуры бетона в момент его укладки в опалубку. Во избежание потери подвижности температура бетона при выходе из бетоносмесительной машины не должна превышать 35...45°С. В процессе перевозки и укладки смеси при температуре ниже --20°С бетонная смесь остывает на 15...20°С.

В условиях, очень низкой температуры воздуха особенно эффективен метод форсированного предварительного электроразогрева бетонной смеси. Сущность метода заключается в том, что бетонную смесь перед укладкой в опалубку в течение 5...15 мин интенсивно разогревают до 70...90°С в специальных бадьях, оснащенных электродами, или в кузовах автомобилей с помощью опускной гребенки электродов, сразу укладывают в неутепленную или малоутепленную опалубку и уплотняют до начала схватывания смеси.

Исследования показали, что электротепловой импульс, внесенный в смесь до начала структурообразования, ускоряет гидратацию и экзотермию, а виброуплотнение горячей смеси способствует образованию более плотной структуры бетона. Выдерживание его в малотеплоемкой опалубке снижает аккумуляцию тепла и теплоотдачу опалубки. Кроме того, перепад температур от центра к периферии в неутепленной опалубке создает благоприятное термонапряженное состояние и повышает трещиностойкость конструкций.

Недостатком существующих методов предварительного электроразогрева бетонной смеси является перераспределение тепла в ней в процессе разогрева и после отключения тока, что приводит к снижению фиксированной к концу разогрева температуры. Это явление может быть устранено при использовании кондуктивного разогрева бетонной смеси. Суть метода сводится к тому, что смесь разогревают в емкости с помощью низковольтных термоэлементов, выполненных в виде стальных параллельно расположенных в емкости пластин. Тепло от горячих пластин кондуктивно передается бетонной смеси, разогревая ее равномерно по всему объему.

Следует иметь в виду, что при электроразогреве бетонная смесь быстро теряет свои пластические свойства, поэтому необходимо так организовать работу, чтобы время оперирования разогретой смесью не превышало 15 мин. Применение электроразогретых смесей при соответствующей технологии бетонирования позволяет сократить время выдерживания бетона, улучшить его качество и повысить коэффициент использования электроэнергии. Наряду с этим появляется возможность транспортировать бетонную смесь зимой на значительные расстояния, укладывать ее на мерзлое основание и широко пользоваться высокооборачиваемой металлической опалубкой. Кроме того, электроразогрев наиболее экономичен по затратам электроэнергии, расход которой при температуре наружного воздуха --15°С не превышает 40...60 кВт-ч на 1 м3 бетона. Рациональная область бетонирования с электроразогревом смеси -- среднемассивные конструкции при температуре до --40°С. Для массивных конструкций разогретые смеси применяют с соблюдением мероприятий, исключающих трещинообразование в бетоне.

Эффективность метода повышается при использовании быстротвердеющих цементов и химических ускорителей твердения.

При методе предварительного электроразогрева благодаря тому, что бетонная смесь имеет высокую начальную температуру, бетон в среднемассивных конструкциях приобретает до замерзания не менее 50% проектной прочности в значительно более короткие сроки, чем при обычном выдерживании бетона методом «термоса».

Расчеты показывают, что метод для конструкций массивных и средней массивности оказывается экономичнее электропрогрева.

При применении предварительного разогрева бетонной смеси метод «термоса» может быть использован для конструкций с модулем поверхности до 10... 12.

В отдельных случаях выдерживания конструкций используют метод электротермоса. Сущность этого метода заключается в том, что смесь интенсивно разогревают электродами устанавливаемыми в бетонируемой конструкции, с последующим термосным выдерживанием. Такой метод в принципе не отличается от электропрогрева, а целесообразность его в каждом конкретном случае следует подтверждать расчетом.

При выдерживании методом «термоса» температуру бетона проверяют не менее 2 раза в сутки. Для этого термометры устанавливают в специальные отверстия, созданные в бетоне с помощью деревянных пробок. После измерения температуры отверстия закрывают паклей. Результаты температурных замеров записывают в журналы бетонных работ.

При бетонировании в зимних условиях широко применяют изотермический прогрев смеси электрическим током.

Электропрогрев бетонных и железобетонных конструкций основан на превращении электрической энергии в тепловую при прохождении электрического тока через свежеуложенный бетон, который с помощью электродов включается в качестве сопротивления в электрическую цепь.

Для электропрогрева применяют одно- или трехфазный переменный ток нормальной частоты (50 Гц), так как постоянный ток вызывает электролиз воды в бетоне.

Электропрогрев бетона осуществляют при пониженных напряжениях (50... 100 В).

Для прогрева малоармированных конструкций (с содержанием арматуры до 50 кг на 1 м3) в исключительных случаях применяют бестрансформаторный прогрев с напряжением электрического тока 120...220 В.

При электропрогреве электрическое сопротивление возрастает, а для поддержания постоянной температуры необходимо сохранять постоянной силу тока. Для этого в процессе прогрева трансформаторами периодически повышают напряжение (ступенчатый прогрев).

По способу расположения в прогреваемой конструкции различают электроды внутренние (стержневые, струнные) и поверхностные (нашивные, плавающие).

Стержневые электроды изготовляют из арматурной стали диаметром 6... 10 мм. Их устанавливают через открытую поверхность бетона или отверстия в опалубке с выпуском на 10...15 см концов для подключения к сети. Стержневыми электродами прогревают фундаменты, балки, прогоны, колонны, монолитные участки узлов пересечений сборных и других конструкций.

Термоактивная опалубка работает от электрического тока напряжением 40...121 и 220 В, ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 прогреваемого бетона 100...160 кВт-ч.

При использовании термоактивной опалубки температура бетонной смеси в момент укладки не должна быть ниже +5°С. Прогрев ведут в зависимости от модуля поверхности при 35...60°С со скоростью подъема температуры 5...10°С/ч.

Для уменьшения теплопотерь и создания в прогреваемой зоне режима пропаривания бетонируемые участки конструкций в процессе прогрева рекомендуется укрывать полиэтиленовой пленкой, брезентом или рубероидом. Это же рекомендуется и после снятия термоактивной опалубки, что исключает резкое охлаждение бетона и появление трещин в результате температурных напряжений.

Стыки и другие участки железобетонных конструкций, где применение термоактивной опалубки неудобно, а прогрев электродами может привести, к пересушиванию бетона, прогревают другими способами. К ним, например, относится прогрев стыков колонн в опалубке, состоящей из короба, заполненного опилками, смоченными токопроводящим раствором. В опилки устанавливают электроды. При прогреве опилки нагреваются и обеспечивают мягкий режим прогрева стыка. Этим же целям могут служить эластичные греющие опалубки (резиновые, пластиковые и др. с вмонтированными в них электродами).

Электрообогрев горизонтальных поверхностей тонкостенных конструкций можно также осуществлять с помощью электрических отражательных печей, цилиндрических приборов сопротивления и других нагревательных приборов.

Инфракрасный обогрев относится к радиационным методам прогрева. Его применяют для прогрева монолитных заделов стыков сложной конфигурации, густоармированных стыков старого бетона с вновь укладываемым и других труднодоступных для прогрева мест. Генератор выполнен в виде закрытой изоляцией электроспирали, помещенной в металлический рефлектор на расстоянии 5...8 см от отражающей поверхности. Продолжительность прогрева инфракрасным облучением до 70...80°С--15 ч, из которых около 5 ч приходится на изотермический прогрев.

Имеется опыт использования инфракрасного обогрева и при возведении тонкостенных сооружений в скользящей опалубке, где из-за непрерывного бетонирования исключается контактный электропрогрев. При средней скорости подъема скользящей формы около 2,5 м в сутки инфракрасные установки обеспечивали прогрев бетона до 80°С и прочность бетона (к моменту остывания до 0°С) около 70% проектной. При этом расход электроэнергии на 1 м3 прогреваемого бетона составил около 140 кВт-ч.

Индукционный метод прогрева бетона, или прогрев в электромагнитном поле, относится к контактным методам. Он заключается в том, что вокруг прогреваемого железобетонного элемента устраивают обмотку-индуктор из изолированного провода и включают ее в сеть. Под воздействием переменного электромагнитного поля за счет перемагничивания и вихревых токов металлическая опалубка и арматура нагреваются и передают тепловую энергию бетону. При этом благодаря генерации тепла внутри конструкции (в арматуре) и снаружи (в опалубке) в прогреваемом железобетонном элементе устанавливаются благоприятные термовлажностные условия для твердения бетона. Как показали исследования, наличие электромагнитного поля способствует более равномерному распределению влаги в прогреваемой конструкции и, следовательно, ее более равномерному прогреву.

Режим электропрогрева зависит от конструкции, требуемой прочности бетона к концу прогрева, возможности менее интенсивного остывания и за счет этого наращивания прочности после отключения электрического тока, объема одновременно прогреваемых конструкций, наличия мощностей, необходимых для электропрогрева, максимальной (пиковой) нагрузки сети.

Чем режим прогрева более интенсивен, тем он менее энергоемок. Однако при, интенсивном подъеме температуры не исключено пересушивание бетона и появление трещин в поверхностных слоях его при остывании. Поэтому при электропрогреве нербходимо учитывать следующие ограничения: скорость подъема температуры для массивных конструкций с Мп<6 не должна превышать 8°С в 1 ч; с Мп>6--10°С в 1 ч. Для железобетонных каркасных и тонкостенных конструкций интенсивность подъема температуры может быть увеличена до 15°С в 1 ч.

Паровой прогрев бетона позволяет обеспечить мягкий режим выдерживания с наиболее благоприятными тепловлажностными условиями для твердения бетона. Однако этот вид прогрева требует большого расхода пара (0,5...2 т на 1 м3 бетона), а также большие затраты материалов на устройство паровых рубашек, трубопроводов и т. д.

Максимальная температура при паропрогреве не должна превышать 70...80°С при использовании портландцемента и 60...70°С -- шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента.

Наиболее эффективно пропаривание конструкций с Мп>8...10, имеющих относительно большие поверхности обогрева. Существуют следующие способы паропрогрева:

- прогрев в паровой бане, при котором пар подают в огражденное пространство, где находится прогреваемое сооружение. Этот способ требует повышенного расхода пара. Ограждение должно отстоять от опалубки на 15 см и быть паронепроницаемым, для чего устраивают пароизоляцию из толя. Прогрев в паровой рубашке эффективен для конструкций с большими поверхностями, например для монолитных ребристых перекрытий.

Способ парового прогрева может оказаться эффективным при бетонировании высотных конструкций в скользящей или переставной опалубках. В этом случае пар подают под закрепленный к опалубке и свисающий вокруг возводимой конструкции фартук.

Применение бетонов с противоморозными добавками осуществляется при возведении монолитных бетонных и железобетонных сооружений, монолитных частей сборно-монолитных конструкций, замоноличивании стыков сборных конструкций, при изготовлении сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций в условиях полигона при установившейся среднесуточной температуре наружного воздуха и грунта не ниже 5 °С и минимальной суточной температуре ниже 0 °С.

В настоящее время наиболее эффективными и проверенными в производственных условиях противоморозными добавками являются добавки-электролиты: поташ П, НН1, ХК, НК, ННК, ННХК, их комплексы НК+ХН, НК+М, ННХК+М и другие.

Все перечисленные добавки одновременно являются и добавками-ускорителями схватывания и твердения бетонов и растворов, однако их концентрация в «холодных» бетонах значительно (в 2...3 раза) превышает ту, которая необходима для ускорения процессов твердения бетонов при температуре выше 0 °С.

Кроме перечисленных к противоморозным добавкам также относятся:

Карбамид (мочевина) М. Бесцветные кристаллы СО(NН₂)₂, хорошо растворимые в воде.

Соединение нитрата кальция с мочевиной НКМ.

Нитрит натрия НН. Продукт в виде кристаллов NаNO₂ белого цвета с желтоватым оттенком, а также в виде водных растворов.

Ускоряющая противоморозная добавка УПДМ. Сбалансированная по компонентному составу жидкая смесь из отходов производства ацетоуксусного эфира, ацетилацетона и нитрохлорактинида, взятых в соотношении 7:3:1 по объёму. Раствор темно-коричневого цвета. Дозировка уточняется опытным путем в пределах 0,1. ..0,42 л/кг цемента при температуре наружного воздуха от О °С до -25 °С.

Формиат натрия спиртовой ФНС. Отход нефтехимического производства, представляющий 30. ..40 % водный раствор натриевых солей муравьиной и серной кислот. Прозрачная жидкость от соломенного до темно-коричневого цвета. Рекомендуемая дозировка 2...6 %, добавка вводится в бетонную смесь с водой затворения.

Асол-К. Продукт из органических и неорганических компонентов: водного раствора поташа, ингибиторов коррозии и модификаторов. Добавка обеспечивает твердение бетона при температуре до -10 °С. При положительных температурах вызывает быстрое схватывание смесей (от 5 до 30 мин).

Гидробетон -- С-ЗМ-15. Противоморозная добавка для бетонов и растворов с пластифицирующим действием. Жидкость темно-коричневого цвета 34...36 % концентрации. Обеспечивает твердение бетона при температуре до --15 °С.

Гидрозим. Жидкий антифриз для бетонов и растворов в виде раствора 50 % концентрации. Обеспечивает твердение бетона при температуре до --15 °С. Не вызывает коррозии арматуры в бетоне.

Лигнопан-4. Противоморозная добавка для бетона и железобетона с пластифицирующим действием. Водный раствор 40 % концентрации. Обеспечивает твердение бетона при температуре до -18 °С. Дозировка: 2 % при температуре до -5 °С, 3 % до -10 °С, 4 % до -15 °С.

ПОБЕДИТ-Антимороз. Противоморозная добавка для сухих строительных растворов, относящаяся к ускорителям. Рекомендуемая дозировка - 2...8 % массы компонентов сухой смеси в зависимости от температуры применения.

Аммиачная вода. Продукт (NH₄OH), представляющий собой аммиачный газ NН₃, растворенный в обычной воде.

Добавки зарубежных производителей:

Бетонсан (Betonsan). Сухая бессолевая противоморозная добавка, относящаяся к ускоряющим модификаторам, для строительных растворов. Обеспечивает твердение бетона при температуре до --10 °С. Дозировка: 1...2 % массы цемента. Производитель: ЗАО «Компания Конвент ЦЕНТР».

Сементол Б (Cementol В). Противоморозная добавка-антифриз для бетонов и растворов. Обеспечивает твердение бетона при температуре до + 5 °С. Рекомендуется для бетонов на высокомарочном цементе с повышенной экзотермией. Дозировка: 0,2...0,8 % массы цемента. Производитель: Фирма ТКК (Словения).

Экономически рациональной противоморозной добавкой является аммиачная вода, так как по сравнению с водными раствора поташа и хлорида кальция имеет значительно меньший процент объёмного расширения и поэтому является наименее опасной в отношении возможных деформаций от расширения жидкой фазы с образованием льда.

В зависимости от расчетной минимальной температуры наружного воздуха назначается определенная концентрация раствора аммиачной воды затворения. В отличие от других противоморозных добавок аммиачная вода не только не вызывает коррозии арматуры, но может служить анодным ингибитором стали от коррозии в железобетонных конструкциях, содержащих хлористые соли. Добавка не ухудшает сцепление арматуры с бетоном, не снижает морозостойкости бетона, не вызывает высолов и образования пятен на поверхностях конструкций. Аммиачная вода несколько замедляет сроки схватывания цементов, что позволяет сохранять удобоукладываемость бетонной смеси от 4 до 7 ч.

Подбор и обоснование конструкции опалубки для бетонирования конструкции.

Применение индустриальных методов строительства обусловливает использование инвентарной опалубки унифицированной конструкции, содержащей ограниченное количестве элементов. Выбор типа опалубки определяется видом и геометрическими размерами бетонируемых конструкций, принятыми способами выполнения арматурных и бетонных работ. Опалубка и опалубочные работы должны выполняться в соответствии с требованиями ГОСТ 23478-79 «Опалубка для возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций. Классификация и общие технические требования», а также СНнП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции». В зависимости от используемых для изготовления материалов опалубка бывает: деревянная, металлическая, пластмассовая, из материалов на основе цементных вяжущих, из мягких материалов или комбинированная (рис.9). Материал опалубки определяется заданием на проектирование.



Рис. 9. Классификация опалубки по материалам.

По функциональным и конструктивным признакам различают опалубки: разборно-переставную, блочную, горизонтально перемещаемую, объемно-переставную, скользящую, несъемную, пневматическую в термоактивную (рис. 10). Для возведения монолитных конструкций целесообразно применять унифицированные конструкции опалубки, которые содержат ограниченное количество элементов и их типоразмеров с максимальным использованием взаимозаменяемых профилей, деталей, узлов, что способствует более эффективному производству работ. При большой разнотипности и значительном количестве типоразмеров опалубливаемых сторон монолитных конструкций целесообразнее применять мелкощитовую унифицированную опалубку универсального назначения типа «Монолит».



Рис. 10. Классификация опалубки по конструктивным признакам.

Опалубка из унифицированных элементов может быть:

- мелкощитовой с установкой отдельных щитов вручную, а также после укрупнения мелких щитов в плоские панели или пространственные блоки с помощью крана;

- крупнощитовой - только для установки краном со щитами, имеющими длину 2,1-9м и размеры по высоте 2,8 или 3м;

готовых арматурно-опалубочных блоков (армокаркасов с навешенной на них опалубкой) с установкой их также с помощью крана. В опалубке смешанной конструкции в качестве палубы могут быть использованы доски толщиной 28 мм, сплоченные в четверть или в шпунт, древесноволокнистые плиты, листы пластика, водостойкой фанеры или металлические листы толщиной 2 мм.

При проектировании рекомендуется применять щиты комбинированные с обвязкой из уголков и палубой из древесноволокнистых плит.

При использовании мелкощитовой опалубки для возведения серии однотипных монолитных конструкций продуктивнее применять крупноразмерные панели и блоки, предварительно собираемые из мелких элементов опалубки. Это значительно снижает трудоемкость устройство опалубки и повышает производительность труда опалубщиков. Минимальная трудоемкость опалубочных работ возможна при использовании крупноэлементных видов опалубки из крупных щитов и блок-форм. При применении крупнощитовой опалубки для временного крепления и выверки ее щитов для первого яруса опалубки используют встроенные инвентарные подкосы-упоры, а для последующих - растяжки. При бетонировании фундаментов под каркас здания и одиночные стойки или колонны эффективно применение жестких металлических блок-форм при количестве однотипных монолитных конструкций не менее 30-ти при их высоте до 2 м и объеме 4-8. При разнотипных конструкциях н количестве однотипных конструкций менее 30-ти целесообразнее использовать универсальные блок-формы, выполненные из набора унифицированных крупноразмерных элементов, монтируемых и соединяемых в различных сочетаниях. Универсальная блочно-раздвижная опалубка содержит трансформирующиеся панели с последующей их фиксацией. Такую опалубку для возведения столбчатых фундаментов можно применять с незначительной переналадкой при бетонировании симметричных и несимметричных конструкций с любым количеством и различными размерами. Горизонтально перемещаемые опалубки (катучая, тоннельная, горизонтально скользящая) используют для возведения горизонтальных конструкций высотой до б м. Минимальная непрерывная протяженность для эффективного использования опалубки при высоте возводимых конструкций до 6 м должна составлять не менее 40 м, а при высоте 2 м - не менее 80 м. При возведении монолитных конструкций в стесненных условиях, т. е. при затрудненном демонтаже опалубки, а также сжатых сроках производства работ рационально обустройство несъемной опалубки, остающейся в теле сооружения. Это позволяет сэкономить строительные материалы и существенно сократить трудоемкость и сроки производства работ за счет исключения распалубливания конструкций и ряда дополнительных работ после него (затирки поверхности бетона, срезки и удаления опалубочных креплений, заделки отверстий от элементов крепления, различных пустот). В качестве несъемной опалубки используют плиты: железобетонные толщиной 80-300 мм, армоцементные толщиной 25-35 мм, стеклоцементные толщиной 10-18 мм, фибробетонные толщиной 20-30 мм, а также унифицированные дырчатые бетонные блоки (УДБ), асбесто-цементные плиты и трубы, металлические листы, тканую металлическую сетку. Для щитов из армоцемента оптимальная единичная площадь 0,5-0,6 м2, а для щитов из стеклоцемента 0,8 - 0,9 м2. При устройстве несъемных опалубок предпочтение отдают, как правило, железобетонным оболочкам толщиной 20-30 мм, изготавливаемым методом пневматического набрызга с нарезкой щитов требуемых размеров с помощью алмазно-абразивных кругов. Это исключает обустройство доборной опалубки, а также перепуски несъемной. При бетонировании фундаментов под колонны несъемную опалубку собирают в опалубочные блоки. При сборке блоков конструкции опалубки крепят прихваткой на сварке выпусков опалубки с арматурой возводимой конструкции. При возведении мало- или неармированных конструкций несъемную опалубку собирают с помощью каркаса, выполняемого из сборных железобетонных элементов, остающихся затем внутри возводимой конструкции.