Вопрос 3 Особенности бетонирования в зимних условиях
Замораживание бетона в процессе схватывания и твердения бетонной смеси не допустимо, так как приводит к вымерзанию воды и в конечном счёте к снижению конечной прочности. Замораживание допускается при 70% проектной прочности кладки.
Допустимые условия обеспечения твердения бетонной смеси – минимальная суточная температура воздуха или бетона 0 0С, а среднесуточная > + 5 0C.
В практике применяются два метода
Метод искусственного прогрева
Безобогревный метод выдерживания бетона
В условиях строительной площадки искусственный прогрев осуществляют способом электротермообработки бетона. Этот способ наиболее эффективен для конструкций с относительно большой поверхностью обогрева. Его можно разделить на 3 группы:
Электродный прогрев
Индукционный прогрев
Электрообогрев
Электродный прогрев
Способ основан на использовании преобразования электрической энергии в тепловую при прохождении переменного тока через толщу бетона. Обогреваемый бетон включается в электрическую цепь как сопротивление при помощи электродов различной конструкции и схем расположения, между которыми протекает ток. Использовать арматуру в качестве электродов не рекомендуется во избежание пересушивания и перегрева прилегающих к арматуре слоёв бетона.
Различают внутренний и внешний электродный прогрев конструкций. Внутренний прогрев осуществляют с помощью стержневых и струнных электродов.
Стержневые электроды применяют при прогреве конструкций значительной толщины, сложной конфигурации, а также значительной степени армирования. Их выполняют из отрезков круглой стали диаметром 5…8 мм, которые забивают в бетон после бетонирования или закрепляют на опалубке. Для удобства подсоединения они должны выступать над поверхностью бетона или опалубки на 5…8 см.
Рис. Электротермообработка бетона внутренними стержневыми электродами 1 – электрод, 2 – бетона, 3 – опалубка.
Струнные электроды применяют для прогрева протяженных бетонных конструкций (колонны, балки, пролётные строения и т.д.). Имеют вид струн из стали диаметром 6…12 мм, устанавливаемых вдоль оси сооружения. Электрод натягивают до бетонирования и подключают после укладки бетонной смеси. В поперечном сечении устанавливают несколько струн.
Внешний обогрев осуществляют пластинчатыми и полосовыми электродами.
Пластинчатые электроды располагают с противоположных сторон прогреваемой конструкции и закрепляются в опалубке, которую в этом месте изолируют.
Полосовые электроды представляют собой полосы шириной от 20 до 50 мм, закрепляемые с некоторым шагом на опалубке или на накладных шиитах при установке на открытых верхних поверхностях. Такие электроды изготавливают из кровельной или листовой стали.
Индукционный прогрев
Основан на нагревании бетона в электромагнитном поле. Применяется для гутоармированных конструкций линейного типа (балки, ригели, колонны, пролётные строения). Вокруг опалубки прогреваемого элемента устраивают спиральную обмотку индуктора из изолированного провода и включают его в сеть. Под воздействием переменного электромагнитного поля стальная опалубка и арматура, выполняющие роль сердечника, нагреваются и передают тепловую энергию бетону.
Электрообогрев
Осуществляется с помощью греющих термоактивных опалубок (контактный метод), источников инфракрасного излучения и печей (безконтактный метод).
Термоактивная опалубка имеет палубу из металлического листа или водостойкой фанеры, с тыльной стороны которой расположены электрические нагревательные элементы. Наиболее эффективно применение греющих кабелей. Поверх нагревательных элементов укладывают изоляцию (например, асбоцементный лист) и утеплитель из стекловаты или другого материала. Для зищиты утеплителя от внешних воздействий щит имеет фанерную крышку. Экономически целесообразно использовать такую опалубку при температурах наружного воздуха ниже –20 0С.
Инфракрасные излучатели могут обогревать как открытую поверхность бетона, так и через опалубку. Источники инфракрасного излучения – металлические трубчатые излучатели (ТЭНы) или стержневые карборундовые излучатели. Эти установки устанавливают на расстоянии 1,0…1,2 м от обогреваемой поверхности на таком расстоянии друг от друга, чтобы можно было прогреть все участки бетонной поверхности. Чтобы исключить интенсивное испарение влаги из бетона, открытые поверхности закрывают полиэтиленовой плёнкой или рубероидом. Этот метод применяют для обработки бетона в тонкостенных конструкциях большим модулем поверхности, а также для отогрева замерзшего бетона в рабочих швах, для отогрева арматуры, закладных деталей и т.д.
Для обеспечения проектной прочности бетона и других его свойств, исключения температурных перепадов и неравномерных температурных деформаций в каждом случае назначают определённый режим термообработки:
Трёхстадийный (I)
Двухстадийный с изотермическим прогревом (II)
Двухстадийный с термосным выдерживанием (III)
Ступенчатый (IV)
Рис. Режимы термообработки
При электродном прогреве поверхностей с модулем Мп ≥ 6 м-1 оптимальными являются I и II режимы. Для массивных конструкций с Мп < 6 м-1 (фундаменты, тело опор) более целесообразен режим III, обеспечивающий равномерное температурное поле. Для особо ответственных, а также с предварительно напряжённой арматурой конструкций применяют ступенчатый режим прогрева (IV).
Скорость подъёма температуры не должна превышать 8 град/ч. Скорость остывания приведена в таблице 1
Таблица 1
Допускаемая скорость остывания бетонных и железобетонных конструкций
Конструкция |
Модуль поверхности, м-1 |
Скорость остывания, град/ч |
Бетонная и слабоармированная железобетонная |
15…10 9…6 5…3 |
12 5 2…3 |
Железобетонная средне- и сильноармированная |
8…15 |
Не более 15 |
При бетонировании конструкций в термоактивной опалубке применяют любые из приведённых режимов прогрева конструкций. При этом следует стремиться к коротким срокам тепловой обработки при возможно более высоких температурах прогрева. Здесь следует учитывать экзотермию бетона и величину модуля поверхности конструкции (таблица 2).
Таблица 2
Максимальные температурные показатели при обогреве конструкций
в термоактивной опалубке
Температурный показатель |
Модуль опалубливаемой поверхности |
||||
До 4 |
4…6 |
6…8 |
8…10 |
Более 10 |
|
Скорость подъёма температуры, град/ч |
5 |
5 |
6 |
8 |
10 |
Температура пристенного слоя бетона, 0С |
35 |
45 |
55 |
60 |
60 |
Скорость охлаждения конструкции, град/ч |
5 |
5 |
6 |
8 |
8 |
При распалубке конструкций перепад температур не должен превышать 40 0С – для бетонных и слабоармированных железобетонных конструкций, 50 0С – для средне- и сильноармированных железобетонных конструкций
К методам безобогревного выдерживания бетона относятся:
Способ «термоса»;
Бетонирование в тепляках;
Применение противоморозных добавок;
Укладка холодного бетона;
Ни один из этих методов не является универсальным. Во многих случаях более целесообразно применение комбинаций этих методов, как между собой, так и с методами искусственного прогрева. Например, «термос» с использованием электрообогрева, электрообработка бетонной смеси в тепляках и т.д.
Способ «термоса»
Заключается в том, что бетон приготавливают на подогретых заполнителях и воде и тепло удерживается утеплённой опалубкой. Теплопроводность опалубки и начальная температура бетонной смеси должны обеспечивать условия схватывания и твердения бетона до того, как температура бетона станет отрицательной. При этом учитывают выделение тепла при экзотермии (реакции цемента с водой) в ядре.
Рис. Схема утепленной опалубки 1 – ребро опалубки, 2 – доски опалубки, 3 – стойка, 4 – внешняя обшивка, 5 – утеплитель, 6 – бетон опоры.
Применение этого метода наиболее целесообразно для массивных конструкций с модулем поверхности Мп < 6.
Бетонирование в тепляках
Предусматривает устройство обогреваемых помещений. Обычно это деревянный или металлический каркас обшитый досками, брезентом или рубероидом. Конструкции массивных опор должны выдерживаться в тепляках с температурой внутри +5 … +10 0С. Между конструкцией опалубки и тепляком должен быть зазор не менее 20 см. Отопление может быть паровое, путём нагнетания горячего воздуха от теплогенератора, либо от отапливаемых печей. В тепляке необходимо делать не менее 2-х дверей.
Применение противоморозных добавок
Выполняется с солевыми добавками, обеспечивающими незамерзание воды при отрицательных температурах. Количество добавок применяется в проценте от массы цемента и колеблется от 2…3% при t = 0…-5 0C до 10…15% при t = -20…-25 0C. В качестве солевых добавок применяется
Нитрат кальция + нитрит натрия (мочевина)
Нитрат кальция + нитрит кальция
Нитрат кальция + хлорид кальция
Бетоны с добавками ускорителями готовят на подогретых заполнителях и горячей воде. При этом температура бетонной смеси на выходе из смесителя колеблется в пределах 25….35 0С, снижаясь к моменту укладки до 20 0С. Укладывают бетон в утеплённую опалубку и после виброуплотнения закрывают слоем теплоизоляции.
Укладка холодного бетона
Холодные бетоны готовят с увеличенным количеством добавок и без подогрева заполнителей и воды. Добавки, введенные в большом количестве резко снижают точку замерзания воды (до – 25 0С).
Холодную бетонную смесь укладывают в неутеплённую опалубку и на неотогретое основание. Поверхность свежеуложенного бетона покрывают утеплителем для предотвращения вымораживания воды из верхних слоёв конструкции. Под укрытием бетон выдерживают первые 15 суток. Если в этот период температура упадёт ниже расчётной, то принимают меры по дополнительной теплозащите или обогреву конструкции.
Холодный бетон набирает прочность значительно медленнее. Проектной прочности он достигает только через 170…180 суток.
Применение способов с добавлением добавок ограничено из-за чрезмерной коррозии арматуры и снижения некоторых прочностных свойств. Эти способы запрещаются в следующих случаях:
В предварительно напряжённых конструкциях;
В железобетонных конструкциях, находящихся в зоне действия блуждающих токов;
В конструкциях, эксплуатирующихся в зоне переменного горизонта воды;
В конструкциях, эксплуатирующихся в агрессивной среде.
Применяется главным образом в неответственных конструкциях:
Неармированные конструкции
Подготовка под фундаменты
Облицовка откосов