3.4. Особенности сооружения опор в зимних условиях

К зимним принято относить условия производства работ с наступлением среднесуточной температуры наружного воздуха ниже 5 С и минимальной суточной температуры ниже 0 С. В этих условиях для обеспечения необходимой прочности уложенного бетона до расчетной температуры или до замораживания необходимо принимать специальные методы его выдерживания в конструкциях, бетонируемых на открытом воздухе. Это связано с тем, что при температуре ниже 5 С твердение бетона резко замедляется, а ниже 0 С практически прекращается.

Замораживание неокрепшего бетона вызывает внутреннее давление от замерзания воды с образованием льда. Во избежание таких явлений установлена минимальная прочность бетона ко времени замораживания: для бетонных конструкций - не менее 70 %, обычных железобетонных – 80 %, железобетонных предварительно напряженных – 100 % проектной.

Методы бетонирования опор и способы выдерживания бетона в зимних условиях устанавливают в проекте производства работ на основании их технико-экономического сопоставления для конкретных условий. В проектах производства работ должны содержаться указания по технологии приготовления и транспортирования бетонной смеси; способам и температурному режиму выдерживания бетона; утеплению опалубки и открытых поверхностей конструкций; прочности бетона к моменту снятия опалубки; срокам, порядку распалубки и загружения конструкций; технике безопасности при производстве работ.

Методы бетонирования различных конструкций выбирают с учетом ожидаемой температуры воздуха, размеров и формы конструкций. В случае кратковременных заморозков до минус 3 С массивные опоры бетонируют в обычной опалубке. При этом температура укладываемой смеси должна быть не ниже 10 С. По окончании бетонирования открытые поверхности конструкции утепляют.

При более низких температурах воздуха в первую очередь рассматривают возможность применения метода термоса. Сущность этого метода состоит в том, что бетонную смесь, подогретую до температуры 25…40 С, укладывают в утепленную опалубку, после чего утепляют открытые бетонные поверхности. Нормальные условия для твердения бетона обеспечиваются теплом, внесенным в бетонную смесь в процессе ее приготовления, а также теплом экзотермии, т.е. теплом, выделяющимся в результате физико-химических взаимодействий минералов цемента с водой. Метод термоса наиболее эффективен при бетонировании массивных сооружений с модулем поверхности (отношением охлаждаемой поверхности конструкции к ее объему) до 5. Чем массивнее конструкция и ниже модуль поверхности, тем больше выделяется экзотермического тепла, и тем эффективнее применение этого метода. Для расширения области применения метода термоса используют добавки-ускорители твердения и цементы с повышенным тепловыделением – быстротвердеющие и высокопрочные.

При невозможности получения методом термоса достаточной для загружения конструкции прочности бетона в заданные сроки применяют бетоны с противоморозными добавками, предварительный электроразогрев смеси перед укладкой ее в опалубку (горячий термос), прогрев или обогрев уложенного бетона с использованием электрической энергии, теплого воздуха или пара. Если перечисленные методы не позволяют обеспечить набор прочности бетона в заданные сроки, то бетонные работы выполняют в тепляках.

При выборе способа следует учитывать, что применение бетонной смеси с противоморозными добавками в мостовых конструкциях допускают по согласованию с заказчиком и проектной организацией. В качестве противоморозных добавок могут быть использованы растворы хлористого кальция, нитрата натрия и поташа. Применение бетона с противоморозными добавками запрещается в железобетонных конструкциях, включая бетон омоноличивания стыков и бетонные элементы с конструктивной арматурой и заделанными анкерами; в бетонных конструкциях, работающих в условиях агрессивной среды или к внешнему виду которых предъявляются повышенные требования.

Состояние основания, на которое укладывают бетонную смесь, должно исключать возможность замерзания бетона. При подготовке к бетонированию удаляют снег и наледь; прогревают основание до положительной температуры, а при температуре наружного воздуха ниже минус 10 С прогревают также арматуру диаметром более 25 мм и крупные металлические закладные детали. Для отогрева основания и арматуры используют горячий воздух. Снимать наледь паром или горячей водой запрещается. До подачи горячего воздуха снег удаляют механическим путем - сметанием, струей сжатого воздуха. Бетонное основание прогревают на глубину не менее 30 см.

Бетонирование конструкций ведут так, чтобы температура бетонной смеси в уложенном слое до перекрытия его следующим не опускалась ниже расчетной. Уложенный бетон немедленно укрывают брезентом или полиэтиленовой пленкой и теплоизоляционными материалами. Для устройства теплоизоляции можно применять опилки, шлак, войлок, камышит и синтетические материалы. Производственный цикл бетонирования опоры при выдерживании бетона по методу горячего термоса включает приготовление бетонной смеси и ее транспортирование на строительную площадку, электроразогрев бетонной смеси, укладку, и уплотнение горячей смеси, выдерживание бетона до достижения требуемой прочности.

Электроразогрев бетонной смеси перед укладкой производят в течение 5…30 минут в специально оборудованных бадьях или кузовах автомобилей до проектной температуры. Электроразогрев позволяет исключить предварительный подогрев заполнителей при приготовлении бетонной смеси, увеличить допустимую продолжительность транспортирования смеси на морозе, обеспечить приобретение бетоном прочности в сравнительно короткие сроки.

Продолжительность остывания бетона , уложенного в опалубку от начальной температуры до конечной, может быть рассчитана по формуле профессора Б.Г. Скрамтаева:

, ч,

где с_б.с - удельная теплоемкость бетонной смеси, в расчете принимают равной 1047 кДж/кг град;

_б.с - объемная масса бетонной смеси, кг/м³;

Э - экзотермия цемента за время твердения бетона (до конечной температуры), кДж/кг;

Ц - расход цемента на 1 м³ бетонной смеси, кг/м³;

t_б.н - начальная температура бетонной смеси после укладки, С;

t_б.к - температура бетона в конце твердения (рекомендуется принимать 5 С);

t_н.в - температура наружного воздуха (средняя за время остывания), С;

t_б.ср - средняя температура бетона за время остывания, С;

к - коэффициент теплопроводности опалубки, кДж/м²часград;

М_п - модуль поверхности конструкции, 1/м.

По этой формуле возможно решение практических задач по определению продолжительности остывания бетона до любой конечной температуры и на этом основании - процента набора прочности; необходимой теплоизоляции опалубки при известном значении начальной температуры бетонной смеси к началу выдерживания, требуемой начальной температуры бетонной смеси после укладки при данной конструкции опалубки. Все расчеты ведут из условия достижения бетоном до остывания прочности не менее «критической».

Электродный прогрев - один из распространенных высокоэкономичных и эффективных способов ускорения твердения бетона, имеет наибольшее число разновидностей. Способ основан на принципе преобразования электрической энергии в тепловую путем включения массы бетона в цепь переменного тока с помощью электродов. Этот способ целесообразен для конструкций с небольшими размерами и слабым армированием. При электродном прогреве используют переменный ток напряжением 127 В.

Применение электропрогрева для набора бетоном прочности приводит к его пересушиванию, поэтому прогрев ведут до приобретения не более 50 % проектной прочности, а в дальнейшем бетон выдерживают методом термоса. Для удержания в бетоне влаги с целью продолжения процесса набора прочности применяют влагостойкие опалубки и закрывают открытые поверхности. Значительное влияние на электропрогрев оказывает наличие в конструкции арматуры. С целью уменьшения этого влияния и предотвращения короткого замыкания электроды рекомендуется ставить на расстояния не ближе 25 мм от арматуры. В случае невозможности выполнения данного условия принимают другие методы зимнего бетонирования.

Применение тепляков для зимнего бетонирования допускают лишь в исключительных случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании. При высоте опор более 6…8 м, применяют объемные или плоские переставные тепляки с брезентовым фартуком.

Объемный переставной тепляк (рисунок 3.11, а) имеет легкую конструкцию, в которой размещаются рабочие. Бетонную смесь подают через приемный бункер на крыше тепляка.

а - переставной объемный; б - переставной плоский; в - стационарный объемлющий; 1 - рукав для подачи горячего воздуха; 2 - брезентовый фартук; 3 – прижимная рама; 4 - рештак; 5 - нижняя площадка; 6 – объемная секция тепляка; 7 - приемная воронка; 8 - перила; 9 - верхняя площадка; 10 - бетонная смесь; 11 - возводимая опора; 12 - обшивка фанерой по брезенту; 13 - воздушное пространство тепляка; 14 - деревянные стойки; 15 - опалубка опоры

Рисунок 3.11 - Виды тепляков

Плоский переставной тепляк (рисунок 3.11, б) представляет собой балочное перекрытие опоры со съемными утепленными щитами, которые снимают на время подачи бетонной смеси. По периметру перекрытие примыкает к закрепленному по наружной поверхности опоры брезентовому фартуку из 1…2 слоев брезента. Горячий воздух поступает в свободное пространство под перекрытие и фартук. По достижении бетоном требуемой прочности монтируют очередной ярус опоры, и тепляк переставляют в новое положение.

Объемлющий стационарный тепляк (рисунок 3.11, в) устраивают при высоте опоры до 6…8 м, а также в тех случаях, когда одновременно ведут другие строительные работы, требующие положительной температуры. Пространство между стенками тепляка и поверхностью опоры устраивают минимальным, но не менее 20 см. Обшивку стен тепляка выполняют с использованием недорогих утеплителей. Допускается устраивать стены из двух слоев брезента и слоя досок, обшитых толем.

В тепляках поддерживают температуру не ниже 5 С. Для обогрева тепляков применяют пар, горячую воду, воздушные калориферы и печное отопление.

Для обогрева паром и горячей водой используют паровые или отопительные котлы с подачей теплоносителей по трубам диаметром 100…150 мм или трубам меньшего диаметра с включением радиаторов. От теплогенераторов горячий воздух подают по брезентовым рукавам. Котельные и теплогенераторы в целях противопожарной безопасности устанавливают вне тепляка.

Для назначения конструкции тепляка выполняют теплотехнический расчет, который устанавливает баланс теплопотерь и источников тепла.

При сооружении сборно-монолитных опор в зависимости от температурных условий применяют метод термоса с дополнительным утеплением контурных блоков или без него, а также бетонирование в объемных переставных или стационарных тепляках.

Для обеспечения твердения раствора в канавках контурных блоков при отрицательной температуре используют противоморозные добавки. Установка блоков должна производиться за время, не превышающее сроков технологической жизнедеятельности раствора.

Во всех случаях бетон контурных блоков, до укладки бетонной смеси в ядро, должен быть отогрет до температуры не ниже 5 С. Прогрев целесообразно производить калориферами или обдувом горячим воздухом.

Метод термоса без дополнительного утепления контурных блоков применяют при ожидаемой температуре наружного воздуха в период укладки и твердения бетонной смеси до минус 15 С и при условии прогрева внутренней поверхности блоков до положительной температуры.

Метод термоса с дополнительным утеплением контурных блоков снаружи применяют в случаях, когда срок остывания бетона не обеспечивает набора необходимой прочности. Утепление устраивают по всей наружной поверхности опоры матами из мягких утеплителей или другими способами.

Сооружение опоры в тепляке ведут при ожидаемой температуре наружного воздуха ниже минус 15 С.

В процессе производства бетонных работ в зимнее время должен осуществляться контроль:

• при приготовлении бетонной смеси - за температурой нагрева воды, заполнителей и бетонной смеси - через каждые 2 ч;

• при транспортировании бетонной смеси - за утеплением и обогревом транспортной тары - один раз в смену;

• перед бетонированием - за состоянием опалубки, температурой основания;

• при бетонировании - за температурой смеси на выгрузке из бетоносмесителя, температурой укладываемой смеси - через 2 ч;

• в процессе выдерживания бетона, за его температурой - через 2 ч в первые сутки, в дальнейшем не реже двух раз в смену;

• по окончании выдерживания бетона и распалубки конструкции за температурой воздуха - не реже одного раза в смену.

Для измерения температуры применяют дистанционные и технические термометры. Конструкция устройства для замера температуры показана на рисунке 3.12. Количество точек, в которых следует делать замеры, должно быть указано в технологической карте. Результаты измерений записывают в ведомость контроля температур.

1 - бетонная конструкция; 2 - тяж; 3 - доски обшивки; 4 - горизонтальное ребро; 5 - стойка опалубки; 6 - фанера; 7 - утеплитель; 8 - технический термометр; 9 - крышка; 10 - пластмассовая трубка; 11 - минеральное масло; 12 - доски наружной обшивки

Рисунок 3.12 - Устройство для контроля температуры бетона

При выдерживании по способу термоса прочность бетона контролируют испытанием двух дополнительных серий кубиков. Первую серию испытывают после остывания бетона до расчетной конечной температуры выдерживания, а вторую - после достижения бетоном конструкции положительной температуры и дополнительного 28-суточного выдерживания в нормальных условиях. При обогреве паром и теплым воздухом прочность бетона проверяют испытанием трех образцов после окончания обогрева и трех образцов после 28-суточного выдерживания в нормальных условиях.

При электропрогреве и выдержке бетона в термоактивной опалубке контроль прочности бетона следует осуществлять обеспечением соответствия фактического температурного режима заданному.

На отбор проб и закладку контрольных кубиков составляют акт. Результаты испытаний заносят в сводную ведомость. В зимних условиях, как и в обычных, ведут журнал бетонных работ.