Глава 22. Особенности производства бетонных работ в зимнее время

22.1. Дополнительные требования

Особые требования к производству бетонных работ предъявляют при наличии одного из следующих условий:

- среднесуточная температура воздуха ниже 0°С

- минимальная температура в течение суток равна или ниже минус 5˚С.

- температура основания ниже 0°С

Производство работ и в этот период должно обеспечивать, как и в обычных условиях нормальный набор прочности, водонепроницаемости, морозостойкос­ти и других свойств бетона в установленные сроки; сохранение монолитности сооружений (отсутствие трещинообразования).

Для этого необходимо выдерживать надлежащий температурный режим и не допускать замораживания бетона до набора им определенной прочности. По нормативам замораживание бетона допускается при наборе не менее 40% его марочной прочности для марок М200 и выше и не менее 50% для более низких марок. Температурный режим в блоках должен обеспечивать ограничение температурных перепадов между ядром и поверхностью блоков при выдерживании бетона в опалубке и между ядром и наружным воздухом при его распалубке. Дополнительные тем­пературные перепады, устанавливаются на основе расчетов по принци­пам, изложенным в главе 14. Для обеспечения необходимого температурного режима в блоках обычно применяется теплая опалубка.

Рис. 22.1. График твердения бетона на портландцементе. Т - температура бетона

Условия набора прочности зависят как от начальной температуры бетонной смеси, так и ее изменения в процессе твердения (рис. 22.I). При температуре менее плюс 5°С скорость нарастания прочности резко снижается, а при замерзании процесс гидратации полностью прекраща­ется. Если к моменту замерзания бетон не наберет достаточной проч­ности, то при наличии в порах свободной воды в бетоне появляются трещины вследствие расширения образующихся частиц льда. Вокруг круп­ных частиц - заполнителей происходит концентрация свободной воды, что нарушает однородность и монолитность бетона. Значительно снижа­ется и сцепление бетона с арматурой. После оттаивания твердение бе­тона продолжается, но образовавшиеся трещины неустойчивы, что ведет к потере прочности и большей водопроницаемости.

Для возможности набора прочности при отрицательных температу­рах иногда добавляют противоморозные добавки, которые снижают тем­пературу замерзания смеси. Чаще всего применяют поваренную соль NaCl, CaCl2 поташ K2CO3, аммиачную воду NH4CH. Добавки не должны ухудшать свойства бетона, быть дешевыми и безопасными. Однако добавки нельзя применять для зон переменного горизонта воды, в агрессивных средах, армированных конструкциях, так как они в этих условиях снижают долговечность конструкции. Поэтому в гид­ротехнических бетонах противоморозные добавки также применяются очень редко.

22.2. Подготовка блоков к бетонированию

Подготовка блоков к бетонированию в зимнее время кроме выполне­ния обычных мероприятий в летний период (см. главу 21) предусматри­вает создание условий, обеспечивающих нормальный температурный ре­жим в блоке в период бетонирования и твердения бетона, в уборке всех наледей и отогреве основания на глубину, обеспечивающую требо­вания температурного режима (обычно на менее 30 см). При температу­рах наружного воздуха выше минус 10-20°С работы выполняются в откры­тых блоках, а при более низких температурах - под шатром или тепля­ком.

Температурный режим в блоках бетонирования обеспечивается выбо­ром соответствующей зимней опалубки и режима утепления. Коэффициент теплопередачи зимней опалубки выбирают на основе расчета в зависи­мости от температур воздуха, устойчивых в течение более одной неде­ли. Примерные значения коэффициента теплопередачи опалубки на осно­ве опыта приведены в табл. 22.I.

Таблица 22.I

Опытные значения коэффициента теплопередачи опалубки

Температура наружного воздуха, °С	Коэффициент теплопередачи опалубки, ккал/(м² ч град)
-10	1.20
-25	0,75
-35	0,60
-40	0,50

Переход с летней опалубки на зимнюю должен осуществляться заблаговременно, до наступления заморозков. Поверхность бетона, остающаяся в летней опалубке на зимний период, долина дополнительно утепляться с доведением коэффициента теплопередачи до принятого для зимней опалубки. При применении в качестве опалубки сборных бетонных элементов последние должны иметь утепление с необходимым коэффициентом теплопередачи.

На практике часто наружные поверхности массивных сооружений выполняют полностью в теплой опалубке и не снимают ее в течение всего периода строительства до наполнения водохранилища. Например, верховые напорные грани бетонных плотин Мамаканской, Братской, Усть-Илимской и других ГЭС были выполнены в теплой опалубке. Боковые грани контрфорсов Зейской ГЭС опалубливались сборными железобетонными плитами с утеплителем внутри плит (трехслойные плиты). В последнее время широкое распространение получило разделение опалубочных щитов и утеплителя в отдельных конструкциях. При этом опалубочные щиты остаются постоянными для летнего и зимнего периодов, а в зимний период на эти щиты дополнительно накладывается утеплитель в виде плит из пенополистирола и других материалов. В этом случае при распалубке в зимний период снимается только опалубочный щит, а утеплительный щит остается на месте, обеспечивая нужные теплозащитные свойства. Это наиболее прогрессивное направление в совершен­ствовании конструкций теплой опалубки.

В зависимости от выбранного способа укладки бетонной смеси в бло­ки в период подготовки блоков должны быть выполнены дополнительно все мероприятия и конструкции, обеспечивающие необходимые условия для соблюдения температурного режима в блоках в период бетонирова­ния и набора прочности.

При температурах наружного воздуха ниже минус 10-20°С укладка бетонной смеси ведется обычно под защитой шатров или тепляков, ко­торые также должны быть выполнены при подготовке блоков к бетониро­ванию.

Шатры и тепляки - это конструкции, закрывающие бетонируемый блок или серию блоков со всех сторон и позволяющие поддерживать внутри них постоянную положительную температуру на уровне 5-10°С.

Тепляк представляет собой стационарную конструкцию утепленного перекрытия и бокового ограждения, выполненного из применяемой утепленной опалубки (рис. 22.2,а). Перекрытие опирается на металличес­кие опоры (колонны), установленные в блоке, и являются съемными, используемыми многократно.

Рис. 22.2. Конструктивные схемы тепляка (а) и шатра (б)

1 - металлическая ферма (колонна); 2 - теплая опалубка; 3 - утепленное перекрытие; 4 - люки; 5 - бетонируемый блок; 6 - съемные крышки; 7 - колонны с механизмом для самоподъ­ема; 8 - утепленное полотнище

Шатер - переставная металлическая пространственная конструкция с утепленными стеновыми и кровельными ограждениями (рис. 22.2, б). Современные шатры имеют приспособления для вертикального перемещения по мере бетонирования сооружения по высоте. Внутри шатра к его перекрытию подвешиваются все инженерные коммуникации, необходимые при подготовке, бетонировании блока и уходе за ним. Это электрораз­водка, водопровод, паропроводы, воздухопроводы и др. Для подачи бе­тонной смеси и других грузов в шатер или тепляк в перекрытиях предусмотрены соответствующие закрывающиеся люки. Положительную тем­пературу поддерживают калориферами. Шатры являются также эффективным средством защиты бетонных поверхностей от воздействия солнечной ра­диации в летнее время. В этом случае в шатрах должны предусматри­ваться дополнительно средства для полива бетонных поверхностей, принудительная вентиляция, установки для охлаждения воздуха и др.

Отогрев основания до требуемых положительных температур осу­ществляется с помощью электро- или парокалориферов. Для массивных блоков с Мп<3 допускается не отогревать основание, но при условии соблюдения дополнительных мер при укладке бетонной смеси: применении в первом слое у основания (прокладочном слое) добавок - ускорителей твердения, воздухововлекающих добавок и повышения температуры бетонной смеси до 10 -15ºС. В качестве добавки ускорителя применяется (1,5-2% от исхода цемента). В качестве воздухововлекающей добавки применяют СНВ, СДБ + СНВ, ЛХД, СДБ + ЛХД.