11Теоретические основы и классификация методов зимнего бетонирования

В естественных условиях выдерживания прочность бетона при температуре воздуха от +5 до +25 на 28 сутки практически стабилизируется. При отрицательных температурах в воде затворения появляются микроскопические образования льда, увеличи­вающие ее объем примерно на 9%. Возникающие при этом силы внутреннего давления разрушают еще неокрепшую кристалличе­скую структуру цементного камня (явление физической деструк­ции). Нарушенная структура после оттаивания бетона и твердения в нормальных условиях уже не восстанавливается, и поэтому ко­нечная прочность бетона снижается на 15—20%. Кроме того, при раннем замораживании вокруг крупного заполнителя и арматуры образуется пленка, которая при оттаивании уменьшает силы сцеп­ления и, следовательно, нарушает монолитность железобетона.

Критической называется прочность бетона, при которой замора­живание уже не опасно и замороженный бетон после оттаивания и твердения в нормальных температурных условиях набирает про­ектную прочность. Прочность бетона к моменту замораживания должна быть не менее 5 МПа (для бетона марки не ниже 100) и не менее 50 % проектной мощности.

В зависимости от источников энергии, характера конструкции и требуемых сроков ее готовности применяют различные методы выдерживания бетона.

1. Выдерживание в искусственных укрытиях (тепляках), где калориферами или другими отопительными приборами поддержи­вается температура, необходимая для нормального твердения бето­на. Этот метод используется лишь при особой необходимости, на­пример при возведении в зимних условиях железобетонных скульп­турных сооружений, сложных отдельно стоящих фундаментов и т. д.

2. Выдерживание «методом термоса». Сущность его состоит в том, что бетон, имеющий температуру 15—20°С, укладывается в утепленную опалубку. За счет начальной температуры бетонной смеси, которая достигается подогревом составляющих, и тепла, вы­деляемого в процессе гидратации, бетон набирает заданную проч­ность до того момента, когда в какой-либо части забетонированной конструкции температура упадет до 0 °С.

Таким образом, количество теплоты, внесенной в бетон и выде­ленной при экзотермической реакции, должно быть сбалансирова­но с ее расходом (теплопотерями) при остывании. Время, необхо­димое для достижения заданной прочности (обычно критической), устанавливается расчетом, в котором учитываются температура на­ружного воздуха, начальная и средняя температура бетона, расход цемента на 1 м³ бетона и тепловыделение в нем, а также общее тер­мическое сопротивление опалубки и теплоизоляции.

Применение метода термоса оправдано для массивных конструкций с модулем поверхности до 6 Модулем поверхности называется отношение площади охлаждаемых по­верхностей к объему прогреваемой конструкции.). Он может оказаться доста­точно эффективным и для конструкций с большим модулем поверх­ности. Однако в этом случае необходим предварительный электро­разогрев бетонной смеси непосредственно в бункерах перед укладкой в опалубку. При этом бетонная смесь форсированно разогревается в течение 5—15 мин до 70—80°С (рис. 7.38).

Для конструкций с модулем поверхности более 6—10 широко используются изотермические методы прогрева с помощью электри­ческого тока. Методы электротермообработки можно разделить на три группы: электродный прогрев, индукционный прогрев и электро­обогрев с применением различных электронагревательных устройств.

Э лектродный прогрев бетонных и железобетонных кон­струкций основан на превраще­нии электрической энергии в те­пловую при прохождении тока напряжением (50—100 В) через свежеуложенный бетон, который с помощью электродов включается в электрическую цепь (рис. 7.39). В отдельных случаях при прогреве малоармированных конструкций может быть разрешен бестрансформаторный прогрев током напряжением 120—220 В. Электриче­ский прогрев обычно осуществляется по трехступенчатому режиму (рис. 7.40): 1) подъем температуры до расчетной с интенсивностью до 10—15°С в час. Интенсивность подъема температуры зависит от вида цемента и модуля поверхности конструкции; 2) изотермиче­ский прогрев бетона (при постоянной температуре) до момента до­стижения заданной прочности. Так как при прогреве электрическое сопротивление бетона возрастает, то, для того чтобы сохранить по­стоянной силу тока и, следовательно, температуру, нужно перио­дически повышать напряжение (ступенчатый прогрев); 3) отклю­чение электрического тока и остывание бетона до 0 °С. Для экономии энергии может быть использован так называемый комбинированный режим прогрева: подъем температуры до рас­четной, отключение источника тока и медленное остывание бетона» уложенного в утепленную опалубку. При этом остывание бетона происходит в «термосном режиме», т. е. за счет остаточного тепла происходит некоторое увеличение прочности бетона.

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

Стержневые электроды изготавливают из 6—10-миллиметровой арматурной стали и применяют для прогрева фундаментов, балок,

прогонов, колонн, монолитных участков узлов пересечений сборных конструкций массивных плит и других конструкций. При электро­прогреве обычно установка электрооборудования

Струнные электроды из арматурной стали диаметром 6-16 мм используются в основном для прогрева колонн и слабоармированнйых тонкостенных конструкций. Расстояние между одиночными электродами при напряжении до 65 В принимается не менее 20—25, при более высоких напряжениях — 30-40 см. Допустимые рас­стояния между электродами и арматурой в зависимости от напря­жения в начале прогрева составляют от 5 (при напряжении 50 В) до 50 см (при напряжении 220 В).

Нашивные электроды через 10—20 см «нашивают» на плоскость опалубки, соприкасающуюся с бетоном, а концы выводят наружу.

Плавающие электроды используют для прогрева верхних по­верхностей бетонных и железобетонных конструкций. Их втапливают на 2-3 см в свежеуложенный бетон.

Электрообогрев осуществляется с помощью электриче­ских отражательных печей, цилиндрических обогревателей и др. Могут также применяться греющие опалубки (для прогрева сты­ковых соединений, заделок, плит), которые обычно выполняются в виде стальных унифицированных металлических щитов с проло­женным в их толще греющим кабелем толщиной 4,5 мм.

Прогрев инфарктным излучением используется для монолитных заделок стыков сложной конфигурации, густоар­мированных стыков старого бетона с вновь укладываемым, тонко­стенных сооружений, возводимых в скользящей опалубке, т. е. ко­гда применение контактных методов прогрева затруднено. Генера­тор в виде электроспирали помещается в металлический рефлектор на расстоянии 5-8 см от отражающей поверхности. Продолжи­тельность для нагрева до температуры 70-80 °С — 15 ч, из которых около 5 ч приходится на изотермический прогрев. Расход элек­троэнергии на 1 м³ прогреваемого бетона составляет в зависимости от вида конструкции от 50 до 140 кВт-ч.

И ндукционный прогрев (в электромагнитном поле) це­лесообразен для монолитных заделок стыков сложной конфигура­ции, густоармированных стыков конструкций линейного типа (балки, ригели, трубы, колонны), особенно колонн с жесткой арматурой (рис. 7.43). 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, выполняющие роль сердечника соленоида, на­греваются и передают тепло бетону. За счет генерации тепла в прогреваемом железобетонном элементе создаются благоприятные условия для твердения бетона.

Паровой прогрев бетона обес­печивает «мягкий» режим выдерживания с наиболее благоприятными тепловлаж-ностными условиями для твердения бе­тона. Однако этот вид прогрева требует большого расхода пара (от 0,5 до 2 т на 1 м³ бетона), а также устройства паровых Ч рубашек, прокладки трубопроводов и т. д. Максимальная температура не должна превышать 70-80°С при применении портландцемента и 60-70°С—шлако-портландцемента и пуццоланового порт­ландцемента. Наиболее эффективно пропаривание конструкций (с модулем поверхности больше 8-10) с относительно большой площадью поверхности обогрева. Существуют следующие способы паропрогрева: а) прогрев в паровой бане, при котором открытый пар подают в ог­ражденное пространство, где находится прогреваемое сооружение. Так как этот способ требует повышенного расхода па­

ра, его применение ограничено. Он может оказаться целесообразным для фундаментов, расположенных в отдельных укрытых котлова­нах (при наличии дренирующих грунтов), перекрытий небольших помещений и т. д.; б) прогрев в рубашке, когда пар подается в замкнутое пространство, образованное вокруг прогреваемой конст­рукции паропроницаемым ограждением. 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 большой площадью поверхностей, например для монолитных ребристых перекрытий.

У скорители твердения — это химические добавки, которые обес­печивают достижение бетоном критической прочности до замерза­ния. Они вводятся в бетонную смесь в дозах, составляющих 0,5— 3 % от массы цемента. Применение химических добавок при элек­трическом прогреве бетона не допускается.

Противоморозные добавки (3—5 % от массы цемента) — это химические соединения, снижающие точку замерзания жидкой фа­

зы бетонной смеси. При бетонировании армированных конструкций чаще всего применяют поташ (КдСОз) и нитрит натрия (NaNOz), которые не вызывают коррозии арматуры и не образуют высолов на поверхности бетона. Поэтому они могут использоваться при про­греве скульптурных сооружений и декоративных деталей.

П рименение бетонов с противоморозными добавками не допу­скается в конструкциях, подвергающихся динамическим нагрузкам, тепловым воздействиям свыше 60 °С, соприкасающихся с агрессив­ной средой, содержащей примеси кислот, щелочей и сульфатов. Не допускается применение солевых добавок для конструкций, распо­ложенных на расстоянии менее 100 м от источников тока высокого напряжения.