КРАСОВСКИЙ_УП

бавок и температуры окружающей среды и к 28 суткам бетон, твердеющий на морозе, способен набрать от 35 до 50 % от своей марочной прочности.

Выбор метода зимнего бетонирования во многом определяется массивностью конструкции или так называемым «модулем поверхности»

М п = VF ,

где F – поверхность конструкции, м2; V – объем материалов конструкции, м3. По этому показателю все конструкции делятся на массивные Мп ≤ 6; сред-

ней массивности Мп = 5…20; легкие (пространственные) Мп > 20. Для конструкции с Мп < 6 хорошо использовать метод «термоса»; глиноземистый цемент с добавками-ускорителями можно рекомендовать при Мп = 6…10; электропрогрев – для конструкции с Мп = 5…20 и т. д.

Переход на монолитное домостроение, увеличение объемов монолитного бетонирования в транспортном и промышленном строительстве диктуют сегодня круглогодичность строительства, высокие темпы работ, ускорение оборачиваемости дорогостоящей опалубки, обеспечение возможности передачи на забетонированные конструкции последующих нагрузок (технологических и конструкционных от массы вышележащих этажей), сокращение сроков строительства и др. А для этого необходима прочность от 70 до 100 % от марочной, так как высокие требования по динамическим свойствам, водонепроницаемости и морозостойкости не могут быть обеспечены критической прочностью бетона 30…50 % R28. Да и сама распалубка из-за соображений физических процессов, происходящих в бетоне в зимнее время, даже при достижении критиеской прочности 50 % не рекомендуется.

Вот тогда приходится обращаться к методам «активной» термообработки, более современным, часто менее энергоемким, более технологичным и обеспечивающим высокое качество строительства.

10.6.2. Метод пропаривания

Метод пропаривания (как и воздухообогрев) можно отнести к конвективным методам доставки тепла к бетону (рис. 10.12). Применение их требует больших дополнительных затрат и может быть рекомендовано только для тонкостенных конструкций, для которых существует опасность пересушивания бетона при электропрогреве. Поскольку метод пропаривания известен и применяется давно, его иногда рассматривают как самостоятельный. Поскольку пар с каждым годом становится более дорогим и обладает определенной сложностью доставки, он постепенно ушел со строительных площадок и остался на стационарных изготовителях конструкций (заводы железобетонных изделий), однако при наличии передвижных установок или близко расположенных источников его можно использовать для ускоренного набора распалубочной и отпускной прочности.

131

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

При паропрогреве создаются высокие температуры (80–95 оС) в сочетании с благоприятными влажностными условиями, значительно ускоряющими твердение бетона. Во время паропрогрева максимальная температура бетона не должна превышать при применении быстротвердеющего цемента 70 оС, портландцемента – 80 оС, а шлако- и пуццоланового портландцемента – 90 оС.

Рис. 10.12. Паропрогрев бетона: а – паропрогрев колонн и ребристого перекрытия; б – опалубочный щит капиллярной опалубки с газовыми трубами; в – щитовая паровая рубашка для балок; 1 – толь и утеплитель; 2 – плита; 3 – паропровод; 4 – опалубка; 5 – кровельная сталь, перекрывающая капилляры; 6 – отверстие капилляра

Длительность изотермического прогрева назначается (по результатам контрольных испытаний) и контролируется строительной лабораторией с учетом применяемого цемента, температуры прогрева и требуемой прочности. Температуру уложенного бетона при его паропрогреве контролируют в первые 8 часов каждые 2 часа, в последующие 16 часов – через 4 часа, а в остальное время прогрева и оттаивания – не реже одного раза в смену.

10.6.3. Прогрев монолитных конструкций в паровых рубашках

Первоначально на стройке применяли только прогрев монолитных конструкций в паровых рубашках (рис. 10.13) как наиболее простой и доступный. Для этого вокруг конструкций создавалось паронепроницаемое укрытие из до-

132

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

сок или брезента. Подача пара от котельных к месту прогрева производилась с помощью изолированных трубопроводов. Температурный режим назначался с учетом применяемых цементов. Метод сложен был для бетонирования вертикальных конструкций (это вызвало появление «капиллярной» опалубки (рис. 10.14) и для сокращения расхода пара потребовал устройства более надежной теплоизоляции.

сталь, перекрывающая капилляры; 7 – полоса кровельной стали

При устройстве паровых рубашек из досок или фанеры внутреннюю поверхность необходимо обязательно обить любым рулонным кровельным или гидроизоляционным материалом (толь, пергамент, рубероид и т. д.) и для уменьшения теплопотерь и продуваемости внешние короба лучше обернуть рулонной теплоизоляцией (рис. 10.13).

В случае устройства монолитных фундаментов в траншеях можно для сохранения тепла установленную опалубку закрыть сверху щитами с рулонными утеплителями, в пространство между укрытием и стенками котлована пустить пар. Необходимо помнить, что пар интенсивно отогревает грунт, что затем может плохо отозваться на других строительных процессах, к тому же вызывает большие расходы тепла.

133

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Бетонирование конструкции следует производить без значительных перерывов во избежание замерзания ранее уложенной части бетона, а температура смеси в опалубке к началу пропаривания должна быть не ниже 5 оС. Поскольку пар приводит к получению большого количества конденсата, необходимо предусмотреть меры для его удаления, а при строительстве на лессовых грунтах – не допускать попадания конденсата в грунт. Недостатком способа является (даже при осуществлении контроля) перепад температур по толще бетона до 30…40 оС.

10.6.4. Пропаривание бетона в капиллярной опалубке

Способ пропаривания бетона в капиллярной опалубке был предложен в России еще в 1941 г. Он осуществлялся путем пропуска пара через каналы, образуемые в одинарной рабочей опалубке. Паропроводящие каналы, названные автором капиллярами, выбираются на стенках досок в виде пазов в опалубке со стороны, обращенной к бетону (рис. 10.14). Образовавшиеся каналы для пропуска пара перекрываются полосками фанеры, лучше кровельной оцинкованной стали.

Опалубку рекомендуется изготовлять в виде щитов с учетом размеров колонн или стенок. При большой высоте колонны и густом армировании для удобства заполнения бетоном одну из створок опалубки делают составной (наборной). Для вывода конденсата внизу в щитах просверливается отверстие. Пар следует подавать в колонну со всех четырех сторон, иначе он плохо поступает в каналы.

10.6.5. Воздушно-сухой прогрев бетона в конструкциях

С целью расширения приемов тепловой обработки бетона в монолитных конструкциях возможно использование различных калориферных установок для беспарового прогрева бетона. Главным препятствием на пути применения этого способа в практике зимнего бетонирования является опасность испарения воды из бетона, приводящая к снижению прочности. Сложность явления заключается в том, что в каждом отдельном случае существует допустимый минимальный процент потери воды, который практически не отражается на процессе твердения бетона. С другой стороны, существует и максимальный процент водопотерь, при котором процесс нарастания прочности прекращается, даже если остаток влаги в бетоне превышает количество воды, необходимое для процесса гидратации. Обе эти величины зависят от одних и тех же факторов: плотности бетона, первоначального содержания воды в смеси, температуры твердения и др.

Сравнение пропаривания и воздушного прогрева показывает, что везде за исключением бетонов на пуццолановом портландцементе более высокая прочность получилась после пропаривания.

134

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

10.6.6. Метод тепляков

Производство бетонных, железобетонных и каменных работ в тепляках, как правило, запрещено. И только в исключительных случаях, когда применяются легкие местные тепляки, они оказываются целесообразными. Дело в том, что кпд тепляков находится в пределах 5…7 %. И развивать в нем высокую температуру для сокращения критического возраста бессмысленно, так как основная энергия уходит в окружающую среду.

Способ производства работ в тепляках оказывается самым дорогим, но часто бывает незаменимым (возведение железобетонных и тепловых труб, телевизионных башен, силосов, башен-градирен и др.).

Лучшими тепляками являются местные – для отдельных конструкций – и легкие переносные брезентовые или щитовые, приспособленные для многократного использования. При проектировании работ в тепляках необходимо стремиться к минимальному их объему. Количество окон и дверей должно быть ограничено, двери – самозакрывающиеся. Отопление тепляка начинается за несколько часов до начала бетонирования, поскольку наружные ограждения представляют собой слабую теплоизоляцию, температуру в тепляках поддерживают на уровне 0,5 м в пределах 5…7 ºС. Отопление лучше всего производить паром от местной котельной или горячим воздухом от огневоздушных обогревателей. Применение жаровен, печей-времянок возможно только в тепляках небольшого объема. Для сокращения критического возраста бетонирование рекомендуется проводить с добавками – ускорителями твердения.

Секционные тепляки более экономичны, чем объемные. Устраиваются такие тепляки над частью сооружения, а наиболее легким для них материалом является брезент. Такие тепляки широко использовались еще при строительстве каскада ГЭС на Волге, применялись они и в Хабаровске. На смену старым брезентам, натягиваемым на специальный каркас, пришли легковозводимые надувные здания, процесс возведения которых – дело одной бригады за 1 смену. Оставаясь низкоэффективными с точки зрения теплозащиты, они могут создать хорошие условия труда в районах Крайнего Севера с коротким днем, защитить от ветров и заноса снегом целые строительные площадки или их фрагменты, а уже внутри этих легких сооружений появится возможность решать различные технологические вопросы.

В практике строительства труб, башен, вышек, силосов нашли применение передвижные тепляки, которые закрепляются на скользящей опалубке и перемещаются вместе с ней при возведении объекта.

10.6.7.Метод «холодного» бетонирования (бетонирование с противоморозными добавками)

Выбирая вид противоморозной добавки, необходимо учитывать область применения бетонов с химическими добавками, так как для различных конструкций в зависимости от типа армирования и агрессивности среды, в которой

135

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

будут находиться конструкции при эксплуатации, существуют ограничения по применению того или иного вида добавок.

Бетонную смесь с противоморозными добавками можно транспортировать в неутепленной таре. Предельная продолжительность транспортирования и допускаемый срок укладки бетонной смеси зависит от ее подвижности. Смесь с противоморозными добавками укладывают в конструкции и уплотняют, соблюдая общие правила укладки. Поверхность бетона, не защищенную опалубкой, укрывают во избежание вымораживания влаги. Бетон выдерживают под укрытием до получения распалубочной прочности. В случае, когда после укладки бетона температура стала ниже расчетной, принятой при установлении концентрации водных растворов противоморозных добавок, уложенный бетон утепляют сухими опилками, сухим песком или сочетают выдерживание бетона по способу тепляков с искусственным обогревом до того момента, пока он не наберет расчетной прочности.

Одним из самых ответственных звеньев в технологии безобогревного бетонирования является назначение количества и расчет дозирования противоморозных добавок. Температура бетона с противоморозными добавками, уложенного в конструкции различной массивности и степени утепляемости, отличается от температуры наружного воздуха. Очевидно, что для назначения количества противоморозных добавок необходимо исходить из фактически средней температуры бетона за период его выдерживания. Среднюю температуру бетона в каждом конкретном случае можно определить расчетным путем, исходя из температуры наружного воздуха, массивности конструкции, степени ее утепления, температуры уложенной смеси, расхода и тепловыделения цемента.

Ошибка, допущенная в назначении количества противоморозных добавок, или ошибка при их дозировании ведет к замораживанию бетона. Если ко времени замораживания бетон не наберет требуемую прочность, структура его будет необратимо нарушена.

На сегодняшний день точного метода подбора количества противоморозных добавок нет. Теоретически возможное решение этого вопроса изложено П.П. Костяевым [43]. Анализ результатов проведенных наблюдений за температурным режимом твердения бетона с противоморозными добавками, помимо назначения расчетных температур по прогнозируемым среднесуточным температурам наружного воздуха, позволяет уточнить следующее:

∙ при бетонировании массивных конструкций (с Мп < 3) за расчетную температуру принимают среднюю температуру наружного воздуха за первые

20суток твердения, увеличенную на 5 оС;

∙для конструкции средней массивности (Мп = 3…6) за расчетную температуру следует принимать среднюю температуру наружного воздуха по прогнозу на ближайшие 20 суток от момента укладки бетона;

∙для конструкции с модулем поверхности Мп от 6 до 18 за расчетную принимают минимальную среднесуточную температуру наружного воздуха по прогнозу на первые 20 суток твердения;

136

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

∙для тонкостенных конструкций с Мп > 18, а также твердения бетона швов

истыков за расчетную температуру следует принимать минимальные температуры наружного воздуха.

По полученным расчетным температурам в соответствии с табл.10.8 назначают количество противоморозных добавок (чаще содержание добавок указывают в процентах от массы цемента, реже – от массы воды).

Таблица 10.8

Рекомендуемое количество противоморозных добавок

Примечания. * НКМ – комплексное соединение нитрита кальция Ca(NO2)2 c мочевиной

СO(NH2)2.

**ННК – комплексная добавка, поставляемая в виде готовой смеси нитрита кальция Сa(NO2)2 c нитратом кальция Ca(NO3)2.

***HHXK – комплексная добавка, поставляемая в виде готовой смеси нитрита кальция Ca(NO2)2 с нитратом кальция Ca(NO3)2 и хлоридом кальция CaCl2.

При выборе добавок обычно руководствуются следующими положениями:

∙бетон с противоморозными добавками допускается применять, если во время выдерживания до приобретения критической прочности температура бе-

тона с максимально допускаемыми дозировками добавок не опустится ниже:

– 15 оС при применении добавки НН;

– 20 оС при применении добавок ХК+ХН, НК+М; НКМ; НКМ+М;

– 25 оС при применении добавок П, ХК+НН, ННХК, ННХК+М;

∙прочность бетона в зависимости от добавки, продолжительности твердения и расчетной температуры достигает требуемых значений, а после 28-суточ-

137

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ного выдерживания при температуре выше 0 оС бетон, как правило, набирает проектную прочность.

Вместе с тем в последнее время наметился переход на вяжущее для низких температур (ВНТ), получаемое путем соместного помола цемента и суперпластификатора в количестве 2…3 % и противоморозной добавки 1…3 % от массы цемента, при общем увеличении тонкости помола до Sуд = 5000…7000 см2/г. Такой подход и получение нового типа связующего позволяет ускорить твердение бетона на ВНТ с 3 % НН в 1,5 раза при t = –15 оС и в 2,5 раза при t = – 25 оC.

Увеличение предварительного выдерживания в нормальных условиях с 6 до 48 часов дает прирост прочности на 25 %. Таким образом, использование бетона на ВНТ расширяет область беспрогревного бетонирования в зимних условиях, позволяя вести бетонные работы при –25 оС с добавками, количество которых можно снизить в 2…3 раза [44].

При приготовлении бетонной смеси с противоморозными добавками особое значение имеет подготовка составляющих. В песке не должно быть смерзшихся комьев размером более 10 мм. Их отсев рационален только при небольших объемах работ, так как производительность установок при просеве мерзлого песка снижается в 3…4 раза по сравнению с просевом талой гравийно-песчаной смеси.

При сосредоточенных объемах работ более рациональным является оттаивание заполнителей. При строительстве средних и крупных мостов и берегоукрепительных сооружений бетонную смесь, как правило, приготавливают на предварительно оттаянных заполнителях.

Рабочий раствор состоит из воды затворения и растворенных в ней противоморозных добавок. Перемешивание растворов в емкостях производится сжатым воздухом.

При большом количестве смерзшихся частиц песка в бетономешалку сначала загружают заполнители с рабочим раствором и перемешивают. Продолжительность перемешивания такая же, как и для обычной бетонной смеси без добавок. Затем загружают цемент и смесь, дополнительно перемешивают в течение того же времени. Таким образом, продолжительность перемешивания бетонной смеси с противоморозными добавками увеличивается в 2 раза по сравнению с обычной бетонной смесью.

В случае, когда заполнитель содержит незначительное число комьев смерзшегося песка, перемешивание производят, сначала загружая заполнитель и 50 % рабочего раствора, а затем добавляют цемент и оставшуюся половину рабочего раствора. Время перемешивания одинаково с первым способом. Как показал опыт [43], при таком порядке загрузки составляющих происходит лучшее разрушение смерзшихся частиц песка в процессе перемешивания.

При длительной транспортировке, когда пластичность смеси ухудшается настолько, что становится невозможным ее качественное уплотнение, в состав смеси вводят пластификаторы, которые способны увеличить время сохранения

138

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

подвижности бетонной смесью. Поскольку пластификаторы при этом замедляют твердение бетона и набор прочности в раннем возрасте, то когда есть возможность сохранить удобоукладываемость смеси за счет введения только противоморозной добавки, лучше обойтись без пластификаторов. Такие варианты возможны при использовании НН, ННХК, ХКХН, НКМ. Если же в качестве добавки используется поташ, то без введения пластификаторов в большом количестве не обойтись, но тогда необходимо смириться с крайне медленным нарастанием прочности.

Необходимо помнить также о том, что в последнее время используемые пластификаторы и суперпластификаторы вводятся в смесь для ограничения расхода воды и уменьшения льдистости бетона. При этом практически удобоукладываемость смеси обеспечивается этими добавками и исключать из технологии их нельзя.

При бетонировании и омоноличивании искусственных сооружений бетонная и растворная смесь, укладываемая в отдельные конструкции, может соприкасаться с металлом балок, бетоном сборных конструкций и бетоном, ранее уложенным в сопрягаемый конструктивный элемент. Для увеличения прочности сцепления поверхность «старого» бетона можно прогреть паром перед омоноличиванием. Достаточно высока прочность сцепления металла и бетона с противоморозными добавками, и ее можно увеличить уменьшением В/Ц, увеличением шероховатости и чистоты поверхности. Однако во всех случаях необходимо помнить о том, чтобы температура омоноличиваемых образцов была не ниже температур, на которые были подобраны противоморозные добавки, так как иначе возможно замерзание слоя бетона, соприкасающегося с омоноличиваемой поверхностью конструкции.

Укрытие для бетонов с противоморозными добавками выполняет три функции: является несущей конструкцией, защищает бетон от теплопотерь, выполняет роль экрана, уменьшающего отдачу влаги в окружающую среду. Если температура хотя бы части бетона конструкций опустится ниже расчетной, то бетон в этой зоне замерзнет, что отрицательно скажется на его строительнотехнических свойствах. Защитой бетона от неблагоприятного воздействия колебаний температур наружного воздуха служит опалубка.

Для бетонов тонкостенных конструкций, а также для швов омоноличивания, твердеющих при температурах, временно опускающихся ниже расчетных, на которые подобраны противоморозные добавки, следует применять только утепленную опалубку.

Применяя ускорители схватывания, такие как K2CO3, CaCI2 и другие, бетонную смесь приготавливают и укладывают в конструкцию при отрицательной температуре, а затем производят подогрев бетона в конструкции. Как и при любой тепловой обработке бетона, важно установить оптимальный срок подведения тепла к бетону (рис. 10.15).

139

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com