8.2 Особенности выполнения бетонных работ в зимнее время

В России, в отличие от зарубежных стран, бетонные работы широко ведутся не только в летних, но также и в зимних условиях. Методы зимнего бетонирования подразделяются на т. н. безобогревные (методы "термоса" и "термоса с противоморозными добавками"), применяемые преимущественно при бетонировании массивных конструкций, и методы с искусственным прогревом (электропрогрев, паропрогрев), используемые при возведении тонкостенных конструкций. Возможно также сочетание указанных методов. При методе "термоса" твердение бетона, приготовленного из подогретых материалов, происходит после укладки бетонной смеси в обычную или утеплённую опалубку за счет тепла, выделяемого цементом при твердении. Требуемой прочности бетон достигает прежде, чем он охладится до 10ºС. Для ускорения твердения и увеличения срока остывания бетона часто перед укладкой бетонную смесь дополнительно разогревают до 50-70ºС, пропуская через неё электрический ток. Противоморозные добавки (хлористый кальций, поваренная соль, поташ, нитрит натрия и др.), снижая температуру замерзания бетона, позволяют в определённых условиях укладывать смесь и обеспечивать твердение бетона без последующего обогрева при температуре воздуха ниже 5ºС. При искусственном прогреве до температуры 40-90ºС, ускоряются твердение бетона и достижение им требуемой прочности. При паровом прогреве бетона пар подаётся в окружающее бетон пространство или в каналы в опалубке. Электропрогрев может осуществляться пропусканием электрического тока через тело твердеющего бетона, для чего на поверхности или внутри бетона устанавливают специальное металлические электроды. Наряду с этим используются различные электронагреватели, в частности, вмонтированные в опалубку, а также индукционные нагреватели, вызывающие нагрев стальной опалубки и арматурного каркаса.

В отдельных случаях Б. р. ведут в местных отапливаемых тепляках: переставных (секционных), катучих (по горизонтали) или скользящих (по вертикали).

Производство бетонных работ зимой усложняется негативным влиянием отрицательных температур на эксплуатацию техники, работоспособность рабочих. При температурах ниже +5ºС резко снижается скорость нарастания прочности бетона, а при более низких температурах процессы гидратации полностью прекращаются и если к моменту замерзания бетон не наберет достаточной прочности, то в нем при наличии свободной воды появляются трещины вследствие возникновения ледяных частиц. В больших количествах происходит концентрация воды вокруг частей крупного заполнителя. Это нарушает однородность и монолитность бетона, приводя к значительному снижению сцепления с элементами, арматуры.

После оттаивания твердение продолжается, но так как образовавшиеся трещины неустранимы, бетон и железобетон значительно теряют в прочности, морозостойкости, водопроницаемости.

Исходя из вышеизложенного, при производстве бетонных работ зимой необходимо принять все надлежащие меры, чтобы уложенный бетон к моменту замерзания набрал достаточную прочность. Такую прочность называют критической.

Особенности технологического процесса.

Высокие значения критической прочности объясняют тем, что бетон, распалубленный при меньшей прочности, в течение зимы может подвергаться неоднократному замораживанию и действию ветров. Как следствие теряется влага и в дальнейшем процессы гидратации останавливаются.

При температуре в пределах 0-50°С прочность нарастает незначительно. Производственный опыт показывает, что в массиве бетона при такой температуре через месяц прочность возрастает только на 14%. Такое медленное нарастание прочности особенно важно учитывать при бетонировании осенью и весной, когда нужно прибегать к утеплению блоков.

Снижение среднесуточной температуры до +5°С и наступлением кратковременных заморозков обязательно следует переходить на зимние способы производства бетонных и железобетонных работ.

Все способы и приемы зимнего бетонирования можно разделить на четыре группы.

Общие приемы ускорения набора прочности; применение противоморозных добавок; подогрев материалов на месте приготовления смеси или перед ее укладкой; подогрев бетона в блоках бетонирования.

Общие приемы ускорения твердения не требуют какого-либо специального оборудования или устройств и сводятся к использованию высококачественных чистых и экологически безопасных исходных материалов, а также к тщательному соблюдению установленной технологии производства работ.

Выбор специального способа производства работ в зимних условиях в большей степени зависит от объемов и массивности блоков бетонирования, так как тонкостенные конструкции быстро охлаждаются.

Бетонирование методом термоса.

Применение этого метода основано на использовании начального запаса тепла и тепла выделяемого бетоном в процессе твердения при экзотермических процессах. Обозначается соответственно q₁ и q₂. В массивных блоках с модулем поверхности М < 3 начального запаса тепла обычно бывает недостаточно для набора бетоном к моменту замерзания необходимой прочности. При увеличении модуля поверхности даже сильно разогретый бетон сильно остывает. Для уменьшения потерь тепла используют специальную опалубку. За время остывания в окружающее пространство будет рассеяно количество тепла q₃. Достаточность начального запаса тепла проверяют по уравнению теплового баланса: q₁ + q₂ = q₃.

На основании уравнения теплового баланса находят необходимую начальную температуру бетонной смеси.

Бетон высокого качества можно получить при ограничении максимальной температуры бетонной смеси 35-45°С с учетом активности и цемента. При выборе составляющих, подлежащих подогреву, и температуры подогрева следует учитывать количество составляющих в 1 м³ бетона, теплоемкость, сложность организации подогрева различных составляющих.

Так как в бетоне преобладает гравий, его подогрев в большей степени определяет температуру смеси.

Температуры составляющих компонентов подбирают в определенном порядке. При сухих заполнителях предусматривается нагрев в первую очередь воды, если нагрева воды недостаточно, то предусматривают нагрев гравия, если этого недостаточно – песка. Цемент не подогревают, так как с нагревом ухудшаются его свойства.

Предельная температура для воды не должна превышать 90°С, для гравия – 60°С, для активных цементов высоких марок берут нижние из названных пределов, для малоактивных верхние.

Воду подогревают в водяных котлах – теплообменниках, бойлерах. При небольшом объеме воды ее подогревают в баках огневым способом.

Гравий и песок подогревают в бункерах или штабелях материалов на складе. Бункеры располагают: на стыке складов этих материалов и транспортных устройств для подачи материалов в надбункерное отделение завода бетонной смеси. При необходимости гравий и песок подают со склада вначале в бункеры подогрева, а из них в подогретом виде в расходные бункеры завода. Подогрев ведут открытым или закрытым паром, нагретым воздухом.

В первом случае бункеры в нижней части оборудуются паропроводами с отверстиями, через которые пар поступает в массу подогреваемого материала и, циркулируя по порам, подогревает его. Этот способ наиболее быстрого подогрева. Однако в данном случае расходуется большое количество пара и кроме того должны быть приняты меры по отводу конденсата. Так как он обильно и неравномерно увлажняет подогреваемый материал, что требует особого внимания к учету влажности материала при дозировке воды.

Во втором случае пар циркулирует по системе пароотводов в бункерах и передает тепло подогреваемому материалу через стенки паропроводов. Такой подогрев более продолжительный, но он имеет значительные преимущества в отношении постоянства влажности материала и более благоприятных условий работы.

Непосредственно в штабелях материалы подогревают с помощью регистров, сваренных из труб, но которым циркулирует пар или горячая вода от котельной.

При большом удалении от места приготовления бетонной смеси за время транспортировки смесь может сильно охладится. Дополнительный подогрев проще достигается электроразогревом от сети. Непосредственно в бадьях, оборудованных пластинчатыми электродами.

Применение холодных бетонов. Для поддержания воды в жидком состоянии при отрицательных температурах, применяют химические добавки, к которым предъявляют следующие требования: низкая стоимость, безопасность в обращении, нейтральное отношение к свойствам бетона и арматуры.

С понижением температуры необходимо увеличивать концентрацию растворов. Противоморозные добавки нельзя применять для конструкций, находящихся в зоне переменного увлажнения, в агрессивных средах, армированных металлом, вблизи источников тока высокого напряжения.

В процессе приготовления бетонной смеси применяют следующие виды добавок: хлористый натрий, нитрат натрия аммиачная вода и др.

Зимнее бетонирование с использованием электричества.

Электроэнергию используют, пропуская ток через бетон с помощью электродов различных типов.

Поверхностные нашивные электроды делают из проволоки диаметром 6 мм, прикрепляя их к рабочей поверхности опалубки.

В неармированных конструкциях такие электроды могут быть утоплены в бетон на глубину 3-4 см, все устанавливаемые электроды должны быть изолированы друг от друга и от арматуры. Они могут опираться на деревянную опалубку, а при необходимости крепления к арматуре применяют изоляторы в виде бетонных кубиков со стороной 5-10 см. Электороподогрев проводят током невысокого напряжения порядка 60-90 В.

Во избежание ухудшения качества бетона необходимо строго выдерживать режим электропрогрева: скорость подъема температуры не должна превышать 6-8°С в час, скорость остывания 5-10°С в час, предельная температура при прогреве наружными электродами до 40°С, а при внутренних электродах – 50-70°С. На электропрогрев бетона требуется большое количество электроэнергии, поэтому его можно применять только при наличии вблизи стационарных электростанций или ЛЭП.

Для местного прогрева бетона при малых объемах бетонной кладки при замоноличивании стыков между железобетонными деталями сборных сооружений в качестве источников тепла применяют электронагревательные приборы разных конструкций или лампы накаливания.

Зимой в благоприятных условиях бетон прогревают также паром. Для этого пар низкого давления пропускают через паровые рубашки.

Способы прогрева бетона на месте укладки могут быть дополнены применением калориферов для нагрева воздуха, направляемых на подогреваемую поверхность. Широкое распространение находят ограждения – тепляки, они имеют разборный металлический каркас и оболочку из брезента или другого пленочного материала. Тепляк можно быстро установить над бетонируемым блоком. Он эффективно сохраняет тепло при выдерживании бетона методом термоса и обеспечивает лучшие условия для рабочих при устройстве опалубки, монтаже арматурных конструкций и укладке бетона. При необходимости подогрева воздуха в тепляке применяют калориферы.

Контрольные вопросы:

1. Какие существуют способы заводского изготовления сборных железобетонных деталей?

2. Из каких производственных узлов состоит предприятие по изготовлению сборного железобетона?

3. Какие методы зимнего бетонирования используются на строительных объектах?