38. Бетонування взимку: проблеми, способи вирішення, ефективність.
Головна задача ‑ не допустити замерзання бетонної суміші під час приготування, транспортування, укладання та ущільнення, а також забезпечити близькі до оптимальних умови твердіння бетону.
Всі компоненти, крім цементу, підігрівають: дрібні та крупні заповнювачі ‑ як мінімум до плюсових температур, не допускаючи попадання з ними снігу та льоду, а воду ‑ якомога вище. Готують бетонну суміш в утеплених приміщеннях, щоб її температура була якомога вищою, для забезпечення після транспортування, укладання та ущільнення температури бетону конструкції не нижче +5°С. Але на виході з бетономішалки температура бетонної суміші не повинна перевищувати +40°С, щоб запобігти швидкому схвачуванню її уже під час транспортування. Треба запобігати попаданню на бетонну суміш опадів та витратам тепла, для чого суміш треба прикривати, а кузов автомобіля бажано підігрівати вихлопними газами від його двигуна.
Взимку краще бетонувати масивні конструкції з низьким модулем поверхні (відношення площі поверхні до об'єму), з мінімальною кількістю перевантажень ‑ краще вивантажувати з транспортних засобів безпосередньо в конструкцію. У будь-якому випадку треба чітко організувати процес, щоб до мінімуму звести терміни на перевантаження, транспортування, укладання та ущільнення бетонної суміші, а отже, витрати нею тепла. Опалубка повинна бути раніше підготовлена до бетонування, очищена від снігу, льоду та добре закрита, щоб не допустити попадання в неї снігу. Одразу після завершення процесу укладання та ущільнення бетонної суміші всі відкриті поверхні необхідно терміново закривати вологонепроникними та теплоізоляційними матеріалами. Необхідно також використовувати утеплену опалубку, щоб запобігти витратам тепла. Це головне завдання для витримування бетону взимку не тільки тому, що треба економити енергоресурси, а також щоб забезпечити рівномірну температуру по всьому масиву, запобігти утворенню температурних деформацій та, як наслідок, забезпечити потрібну якість бетону. Гарною теплоізоляцією максимально зберігається теплова енергія, яка виділяється цементом під час його взаємодії з водою.
У бетонних сумішах за умови бетонування взимку використовують цемент з більшою екзотермією, а також збільшують його витрати. Як правило, готують бетонну суміш, на клас вищу, ніж потрібно за проектом за умови бетонування влітку. Для масивних конструкцій з надійною теплоізоляцією і достатньою початковою температурою укладений бетон може набирати необхідну міцність навіть при температурі навколишнього середовища до -5°С, а тимчасового зниження і до -10°С.
Але коли необхідно прискорити процес твердіння або очікується більш значне зниження температури, а особливо, коли бетонуються відповідальні рамні конструкції з високим модулем поверхні, використовують методи з привнесенням теплової енергії до твердіючого бетону. Найбільш простий і добре технологічно відпрацьований метод електропрогріву. Його суть полягає в тому, що у свіжоукладену бетонну суміш вводять (або раніше закріплюють на опалубці) металеві електроди (рис. 3.14), через які після їх підключення в сітку електромережі електричний струм проходить через бетонну суміш і за рахунок її омічного опору електрична енергія перетворюється в теплову безпосередньо в бетонній суміші. ККД такого методу досить високий. Але напругу використовують не вище 60 В, щоб забезпечити безпечність працюючих, а, крім того, такий метод ефективний для неармованих або слабоармованих конструкцій. Треба, щоб жоден електрод, які ставлять на відстані 25…30 см один від одного, не знаходився ближче 5 см від арматури. Інакше за рахунок проходження струму через арматуру, а не бетонну суміш, ефективність прогріву різко знижується і досягти рівномірного прогріву практично неможливо.
Тому для високоармованих конструкцій використовують електрообігрів. Принципово від електропрогріву останній відрізняється тим, що використовуються спеціальні елементи, в яких за рахунок проходження електричного струму утворюється теплова енергія, яка потім передається на бетон. Тому ККД такого методу значно нижчий. Але останнім часом промисловість випускає різноманітні ефективні електронагрівачі, в тому числі гнучкі з великою площею, в комплекті з ефективними теплоізоляційними матеріалами.
Різновидом цього методу є використання гріючих кабелів, які закладаються в опалубку, закріплюються до арматури до бетонування. Оскільки цей кабель має надійну ізоляцію, то він може безпосередньо торкатися до арматури. Після бетонування цей кабель включають в електричну мережу, електричний струм проходить через кабель, нагріває його. Теплова енергія, що створюється в кабелі передається бетонній суміші. Значною перевагою такого методу є можливість рівномірно прогрівати твердіючий бетон з будь-якою кількістю арматури в конструкції, легко регулювати режими термообробки. До недоліків можна віднести тільки високу вартість такого методу термообробки. Останнім часом цей метод найчастіше використовують на сучасних будівельних майданчиках.
Рис. 3.14. Схеми розміщення електродів: а ‑ пластинчастих; б ‑ смугових під час двостороннього прогрівання; в, г – смугових під час периферійного прогрівання; д ‑ плоских груп стержневих електродів; е ‑ поодиноких стержневих; є ‑ смугових на дощатій панелі; ж ‑ струнних електродів у колонах; 1 ‑ пластинчасті електроди; 2 ‑ смугові електроди; 3 ‑ дерев'яна опалубка; 4 ‑ стрижневі електроди; 5 ‑ щит із дощок; 6 ‑ теплоізоляція; 7 ‑ пристосування для підключення фаз струму; 8 ‑ струнні електроди; 9 ‑ гаки для кріплення електродів; 10 ‑ арматурний стержень
Добре зарекомендував себе метод попереднього електророзігріву бетонної суміші (рис. 3.15). Його суть полягає в тому, що бетонну суміш безпосередньо перед укладанням у конструкцію за 5…12 хвилин розігрівають до температури 70°С і швидко за 10…15 хвилин укладають в опалубку та ущільнюють. Після цього температура бетону залишається досить високою (30…40°С) і за рахунок екзотермії цементу на протязі 3…4 діб за умови хорошої теполоізоляції бетон при цій температурі набирає 70…80 % проектної міцності. Після вичерпання запасів теплової енергії цементу бетон поступово охолоджується, але встигає набрати необхідну міцність.
Цей метод має ряд переваг перед електропрогрівом і електрообігрівом, бо потребує значно менше витрат як трудових, так і матеріальних та енергетичних. Але головний суттєвий недолік його полягає в тому, що для такого швидкого розігріву бетонної суміші в спеціально обладнаних баддях потрібна значна потужність трансформатора. Хоча сумарні витрати електроенергії при попередньому електророзігріві значно (в 1,5…2 рази) менші, але термін цього процесу короткий (не за декілька діб, як в електропрогріві і електрообігріві).
Рис. 3.15. Схеми устаткування для попереднього електророзігрівання бетонної суміші: а ‑ цебер; б ‑ пост електророзігрівання бетонної суміші в кузовах автосамоскидів; в ‑ установка безперервної дії конвеєрно-стрічкового типу; г ‑ те саме, шнекового типу; д ‑ те саме, барабанно-стрічкового типу; 1 ‑ корпус бадді; 2 – пластинчасті електроди; 3, 6 ‑ елементи кріплення електрода; 4 ‑ зовнішній вібратор; 5 ‑ заслінка; 7 ‑ щит керування; 8 ‑ тельфер на порталі; 9 ‑ рама з опускними електродами; 10 ‑ кузов автосамоскида; 11 ‑ огорожа; 12 ‑ заземлення; 13 ‑ барабан; 14 ‑ конвеєрна стрічка; 15 ‑ електроди; 16 ‑ пристрій контактного підключення до електромережі; 17 ‑ ізолятор; 18 ‑ рама; 19 ‑ вібромолоток для очищення електродів; 20 ‑ шнек; 21 ‑ труба-жолоб; 22 ‑ приймальний бункер; 23‑ редуктор; 24 ‑ електродвигун; 25 ‑ барабан; 26 ‑ відсікач; 27 ‑ пристрій для очищення стрічки
Обігрів твердіючого бетону парою в умовах будівельного майданчика використовується дуже рідко, тільки у випадках, коли є значні зайві потужності з випуску пари. Крім того, що в умовах будівельного майданчика складно отримати цей вид енергоносія, додаткові мокрі процеси значно ускладнюють його використання. Найпростіше, якщо є можливість, закрити забетоновану конструкцію вологонепроникним матеріалом і під нього до конструкції вводити пару. Використовують також спеціальні парові регістри, але віддача теплової енергії при цьому значно погіршується.
Використання хімічних протиморозних домішок регламентується відповідними нормативними документами. Процес укладання та витримування бетонної суміші взимку з використанням хімічних протиморозних домішок значно спрощується, бо з введенням їх бетонна сумiш не замерзає при температурах до –15...20°С. Але процес твердіння іде повільно, а крім того, є суттєві обмеження щодо використання домішок, які обов'язково треба враховувати, коли приймається рішення про використання того чи іншого методу бетонування взимку.