Лекція 11. Методи бетонування при від’ємних температурах

1. Бетонування способом термоса

Метод термоса полягає в тому, що твердіння бетону, укладеного на від­критому повітрі і утепленого, відбувається за рахунок тепла, внесеного в нього при приготуванні, яке виділяється цементом при твердінні. Причому кількість тепла і утеплення бетону повинні бути достатнім для того, щоб він встиг при­дбати необхідну для розпалубки міцність, перш ніж температура в будь-якій його частині впаде до 0°С. Витримка бетону методом термоса є найбільш еко­номічним і простим у виробництві, оскільки не вимагає пристроїв по обігріву бетону в конструкціях, їх обслуговування і витрати електроенергії пари або па­лива. Неможливість регулювання охолодження бетону, залежного від темпера­тури зовнішнього повітря, вимагає попереднього розрахунку тривалості цього охолодження і строгого дотримання умов, передбачених розрахунком.

Тривалість охолодження бетону за інших рівних умов (склад бетону, тем­пература його і зовнішнього повітря, утеплення і ін.) залежить від масивності конструкції, яка характеризується відношенням суми охолоджуваних (зовніш­ніх) поверхонь F в м² до об'єму V в м³ — модулем поверхні:

Для колон і балок М_П визначають як відношення їх периметра до площі поперечного перетину. Чим менше М_П тим конструкція масивніша.

При застосуванні методу термоса звичайні каркасні конструкції замер­зають до придбання бетоном необхідної міцності; масивні конструкції при великих морозах остигають тривалий час, досягаючи міцності, яка допускає їх розпалублення взимку. Межі застосування методу термоса лежать у облас­ті конструкцій середньої масивності (М_П = 6...8).

Розрахунок витримки бетону повинен показати, що конструкція, яка ви­тримується, при прийнятих передумовах (вигляд, марка і витрата цементу, утеплення опалубки, початкова температура бетону і температура зовнішньо­го повітря) остигатиме до 0°С при певній середній температурі бетону необ­хідний час. Для визначення умов, що забезпечують таку витримку бетону, може бути використано (при t_НB не вище -3°С) рівняння теплового балансу:

де 2400 — об'ємна маса бетону, кг/м³; 0,25 — питома теплоємність бе­тону, ккал/кг∙град; t_н.б — початкова температура бетону після укладання; Ц — витрата цементу на 1 м³ бетону, кг; Э — тепловиділення 1 кг цементу протягом z годин (табл. 11.1), ккал; М_П — модуль поверхні конструкції; К — коефіцієнт загальної теплопередачі огорожі опалубки і теплоізоляції, ккал/м²∙год∙град; а — поправочний коефіцієнт, залежний від сили вітру, вологості опалубки і утеплювача і ретельності пристрою теплозахисту; z — тривалість охолодження бетону від температури після укладання до 0°C, год; t_cp.б — середня температура бетону за період охолодження до 0°С; t_НB — передбачу­вана середня температура зовнішнього повітря за період охолодження бетону до 0°С.

Розрахунок витримки бетону рекомендується проводити в такій послі­довності: встановлюємо початкову температуру охолодження бетону після укладання t_н.б, максимально досяжну за умовами робіт, потім визначають середню температуру бетону за період охолодження за формулою:

(5.5.3)

де 1,03; 0,181 і 0,006 — емпіричні коефіцієнти.

По заданій міцності бетону до кінця витримки (у % від R₂₈) і набутого значення t_cp.б встановлюємо по табл. 11.2 необхідний термін витримки бетону — n. Після цього, задаючись кількістю цементу Ц (на 1 м³ бетону), його видом і маркою, визначаємо необхідний коефіцієнт теплопередачі:

По отриманому значенню К відповідне йому утеплення підбираємо по таблицях або визначаємо з формули:

0,05 — опір тепловіддачі; α₁, α₂— товщина шарів опалубки і утеплюва­ча, м; λ₁, λ₂— коефіцієнт теплопровідності матеріалу кожного з шарів огоро­жі, ккал/м∙год∙град (беруть з таблиць).

Задаючись товщиною опалубки α₁ визначають товщину шару утеплю­вача α₂ (тирса, соломіт і т.д.). Значення λ₂ для найбільш вживаних утеплюва­чів дорівнює: дерево сухе — 0,15 і вологе — 0,20; мох — 0,1; соломіт — 0,05; комишит — 0,06; тирса деревини — 0,08; листя або хвойні голки — 0,2; шлак котельний — 0,4; пісок сухий — 0,3; торф — 0,1; войлок — 0,04; шевелин — 0,05; толь — 0,2.

Таблиця 11.1 - Тепловиділення для різних типів цементу

Тип цементу	Цемент	Позначення цементу	Виділення тепла на 1 кг цементу при +15° (ккал) при терміні твердіння бетону, в доб.
			3	7	28
І	Портландцемент	ПЦ-І	90	95	100
II	Портландцемент з добавками	ПЩ-ІІ/А; ПЦ-ІІ/Б	75	85	90
III	Шлакопортланд-цемент	ШПЦ-ІІІ/А; ШПЦ-ІІІ/Б	30	45	60
IV	Пуцолановий	ПЦЦ-IV/A	30	40	60
V	Композитний	КЦ-V/A; КЦ-V/Б	80	85	95

Примітка: При середній температурі твердіння 7-10°С до табличних даних слід застосовувати коефіцієнт 0,6-0,7

Таблиця 11.2 - Відносна міцність бетону в залежності від тривалості твердіння

Тривалість твердіння, діб	Портландцемент ПЦ-1; ПЦ-ІІ/А				Шлакопортландцемент ШПЦ-ІІІ/Б
	Відносна міцність (% R28) при середній температурі середовища
	5	10	15	25	5	10	15	25
3	22	29	34	47	10	14	20	32
5	34	40	47	64	17	24	32	47
7	43	52	61	75	23	32	41	58
10	55	65	75	87	32	44	54	72
15	70	80	89	-	45	58	71	88
28	86	95	100	-	68	86	100	-

Для каркасних конструкцій слід застосовувати швидкотверднучі (висо­ких марок — 500 і вище) і високотермічні цементи. Для масивних конструк­цій допускається портландцемент марок 400 і 300. Пуцоланові і шлакопорт­ландцементи марки не нижче 300 слід застосовувати тільки для великих ма­сивів (дамб, влаштувань мостів і т. д.), де вони іноді навіть бажані.

Температуру бетону контролюють технічними термометрами щодня 2 рази на добу. Для цього влаштовують свердловини завглибшки 5-10 см в найбільш характерних відносно охолодження шарах бетону і не менше ніж по одній в кожному з елементів. Результати спостережень заносять в журнал. Шляхом ділення суми показів термометра на кількість відліків встановлюють t_cp.б. Міцність бетону до моменту охолодження визначають шляхом випробу­вання кубиків, що витримуються в однакових з конструкцією умовах, або ж наступним чином. При бетонуванні конструкції з робочого складу суміші в польовій лабораторії виготовляють 3 кубики, які зберігають (при t = +15°С) до того дня, коли температура бетону в конструкції знизиться до 0°С. Цього дня кубики випробовують і визначають дійсну міцність бетону в контрольо­ваній конструкції. Після визначення міцності бетону розв'язується питання про розпалублення конструкції.

Утеплення опалубки призначається за розрахунком і повинно бути ви­конано без зазорів і щілин, особливо в кутках і місцях стиковки теплоізоляції. Ребра і кути охолоджуються найсильніше і повинні, мати посилену теплоізо­ляцію, для чого їх покривають додатковим шаром утеплювача. Додаткове утеплення кутів проводиться на відстані не менше 1,5 м від ребра. Бетон та­кож сильно охолоджується в місцях стикання з раніше забетонованими діля­нками, тому поверхні старого бетону у місця стиковки з новим бетоном та­кож утепляються.

Опалубка і утеплення конструкцій можуть бути зняті при температурах, що якнайбільше наближаються до 0°С, але обов'язково до примерзання опа­лубки до бетону. При великих морозах рекомендується зняту опалубку заміни­ти гнучкими утеплювачами з тим, щоб віддалити процес промерзання бетону.