4.4. Бетонування конструкцій

4.4.1. Склад та структура технологічного процесу

Технологічний процес бетонування конструкцій є комплексним техноло­гіч­ним процесом. До його складу входять такі прості процеси:

1. приготування бетонної суміші;

2. транспортування бетонної суміші від бетоноприготувальних заводів чи установок до будівельного майданчика;

3. подавання (транспортування) бетонної суміші в межах будівельного майданчика;

4. укладання бетонної суміші;

5. ущільнення бетонної суміші;

6. догляд за бетоном;

7. розпалублення;

8. опорядження бетонної поверхні (див. Рисунок 4.1).

4.4.2. Технологічні властивості бетонної суміші та заходи їх регулювання

Бетонна суміш складається з в'яжучого, заповнювача і води, віддозованих в необхідній кількості і ретельно перемішаних в бетонозмішувачах. В резуль­таті формування, ущільнення та подальшого твердіння бетонної суміші одержу­ють штучний кам'яний матеріал, який називається бетоном.

В будівництві використовують різні бетони, які відрізняються один від одного щільністю, класами, міцністю, розмірами заповнювачів і, в необхід­них випад­ках, — спеціальними властивостями: водонепроникненістю, вог­не­­стійкістю, кис­ло­тостійкістю і іншими.

По щільності і класах (межа міцності при стисканні стандартних конт­роль­них­ бетонних кубиків розміром 15х15х15 см на 28 день твердіння) бето­ни поділяють на важкі (щільність від 1800 до 1500 кг/м³ (класи В30, В40), особливо важкі (r=2500...5000 кг/м³), легкі (r=500...1800 кг/м³ класи В7,5...В15), особливо легкі (r<500 кг/м³).

По розмірам заповнювачів розрізняють бетони:

1. дрібнозернисті — розміри заповнювачів від 5 до 10 мм;

2. великозернисті — розміри заповнювачів від 10 до 20 мм, а в окремих випадках і до 250 мм (в армованих конструкціях не більше 150 мм). Найбільший розмір щебеню не повинен перевищувати 1/3 мінімаль­ного роз­міру конструкції і 2/3 найменшої відстані «в світлі» між стержнями арматури.

Основними технологічними властивостями бетонної суміші являються:

Легкоукладальність бетонної суміші — це кількісний показник і оціню­ється рухомістю та жорсткістю бетонної суміші.

Рухомість — оцінюється осіданням конуса (ОК). Залежно від осідан­ня­ конуса бетонні суміші підрозділяються:

— жорсткі суміші — ОК=0...2 см; використовуються для покриттів, підго­товок під поли, для бетонування великих масивів;

— малорухливі — ОК=3...5 см — використовуються для улаштування фун­даментів та інших елементів з мінімальним розміром не менше 0,5 м;

— рухливі — ОК=6...8 см — використовуються для зведення будь-яких конструкцій за винятком густоармованих;

— надто рухливі — ОК=9...12см — використовуються для зведення густо­армованих конструкцій;

— литі суміші — ОК=13...20см — використовуються для зведення густо­армованих конструкцій.

Жорсткість суміші оцінюється віскозиметром і вимірюється в секундах, вико­ристовується для оцінки бетонних сумішей з ОК Ј 4 см. Змінюється жор­сткість від 0 до 200 с. Жорсткі суміші використовуються в основному на заводах залізобетонних виробів для виготовлення конструкцій та виро­бів. На майданчиках частіше використовуються рухомі суміші.

Рухомість бетонної суміші залежить в першу чергу від водо-цементного від­ношення — (В/Ц) і витрат цементу. Чим більше В/Ц і цементу в суміші, тим більш вони рухомі, тим краще укладальність їх в конструкцію, тим краще поверхні конструкцій. Але вільна вода в суміші при її твердінні призводить до зниження як міцностних, так і ізоляційних властивостей бетону.

Оптимальне значення В/Ц=0,4...0,65. Не збільшуючи витрат цемента рухомість та легкоукладальність бетонних сумішей підвищують за допомогою спеціальних хімічних добавок.

Для пластифікації і поліпшення легкоукладальності бетонної суміші най­більш­ широко використовують пластифікатори.

Пластифікатори СДБ, УПС та інші дозволяють при введенні в бе­тонну суміш в кількості 0,1...0,3 % маси цементу забезпечити зниження водо­пот­реби суміші на 15...25 %. Необхідно також відзначити, що нарівні з пластифікуючим ефектом ці добавки декілька сповільнюють процеси гідра­та­цій­­­ного твердіння. В зв'язку з цим їх звичайно вводять в суміші з добавками, при­скорюючими твердіння.

Суперпластифікатори (С-3 — сульфірована нафталін-фор­маль­дегідна смо­ла) являються синтезованими добавками на основі суль­фіро­ваних меламіно-або­ нафталіноформальдегідних смол, а також далеких лігносуль­фо­нових кис­лот.­

На відміну від пластифікаторів суперпластифікатори розріджують суміш та, покращуючи її легкоукладальність, не знижують міцності бетону. Їх викорис­тання дозволяє на 20...25 % скоротити витрати води й значно знизити витрати цементу. Суперпластифікатор діє на протязі 2...3 годин з моменту його введення в суміш.

Для підвищення рухомості й регуляції бетонної суміші використовуються також пластифікуючи повітровтягуючи добавки в більшості свойому — ПАР (поверхово-активні речовини) гідрофобного типу.

Однорідність бетонної суміші кількісно оцінити дуже важко. Але вона грає суттєву роль в міцності бетону. За рахунок неоднорідності бетон­ної суміші міцність бетону може знизитися на 30...40 %. На однорідність суміші значний вплив має процес транспортування. При транспортуванні на значні відстані при використанні застарілих видів транспорту можливе значне розшарування бетонної суміші. Її необхідно додатково перемішувати перед укладанням. На однорідність суміші також впливає спосіб її подачі в конструкції. Можливе розшарування і порушення її структури при скиданні суміші із значної висоти.

Строк тужавіння — технологічна характеристика бетонної суміші. Визначається строком початку тужавіння (t_п.т) та строком закінчення тужавіння (t_к.т). На практиці необхідно дуже часто ці строки регулювати, а саме строк початку тужавіння віддаляти, щоб за цей час встигнути привезти суміш на майданчик та укласти в конструкцію, а строк закінчення тужавіння приско­рю­вати, для того щоб раніше можна було б розбирати опалубку, навантажувати зведе­ну конструкцію, щоб бетон до замерзання встигав набрати необхідну міцність.­

Цього можна досягти, вводячи в бетонну суміш добавки-регулятори тужавіння і твердіння бетону.

Прискорювачі твердіння — це добавки, введені до складу бетонної суміші, які визивають прискорення початкової швидкості реакції гідратації цементу, що забезпечує прискорення його тужавіння і процесів твердіння бетону.

Сповільнювачі тужавіння використовують в тих випадках, коли вини­кає необхідність збільшити строки тужавіння в'яжучого, напри­клад, при бето­нуванні в жарких умовах, при тривалих строках транспор­туван­ня.

Протиморозні добавки використовують при бетонуванні монолітних конст­рукцій в умовах негативних температур. Як протиморозні, використо­вуються: поташ (П), хлорид натрію (ХН), нітрит натрію (НН), хлорид каль­цію (ХК), нітрит кальцію (НК), нітрит-нітрат кальцію (ННК), нітрит-нітрат-хлорид кальцію (ННХК), сечовина (С) та інші, а також їхні різні сполучення.

При бетонуванні відповідальних споруд та конструкцій, що експлуату­ються в вологих умовах, а також попередньо напружених залізобетонних конструкцій недо­пустимо використання хлоридів. В цьому випадку іноді можуть використо­вуватися добавки-інгібітори корозії арматури (сповільню­ють процес корозії). Це нітрит натрію (НН) і нітрит кальцію (НК) та ін.

В зв'язку з тим, що дуже часто необхідно покращувати одночасно декіль­ка­ характеристик бетонної суміші, використовують комплексні хімічні добав­ки. Вони дозволяють усунути або локалізувати негативні прояви тих чи інших добавок, а інколи підсилюють їх позитивні властивості.

4.4.3. Приготування бетонної суміші

Бетонну суміш готують на стаціонарних та приоб'єктних бетонних заво­дах та бетонозмішуючих установках. Головна мета — отримання бетонної суміші з заданими властивостями по міцності, однорідності та легкоукла­даль­ності.

Бетонні суміші і розчини готують на стаціонарних бетоно-розчинних заво­дах (БРЗ) великої (120...240 м³/г) і середньої (30...60 м³/г) продук­тив­нос­ті, а також на мобільних пересувних БРЗ малої продуктив­ності (5...15 м³/г).­

Стаціонарні заводи забезпечують товарним бетоном декілька районів будівництва, розташованих в радіусі 25...30 км. Приоб'єктні заводи звичай­но експлуатуються на одному місці не більше 2...3 років, тому їх зводять збірно-розбірними, такими, що легко переміщуються з об'єкта на об'єкт. Стаціонарні бетоно­розчинні заводи (вузли) являються установками башто­во­го типу і мають, як правило, вертикальне компонування; тобто технологіч­ний процес приготу­ван­ня бетонної суміші — подача матеріа­лів в бункери-накопичувачі, дозування їх, перемішування і вивантаження в транспортні засоби — йде по вертикалі зверху вниз.

Для приготування суміші використовують змішувачі, які працюють за двома принципами:

— змішувачі гравітаційної дії та

— бетонозмішувальні установки з примусовим перемішуванням.

Бетонозмішувачі гравітаційної дії найчастіше використовуються для приготу­вання бетонної суміші на звичайних важких заповнювачах. Пере­мішування суміші відбувається за рахунок вільного падіння складових бето­ну при обер­танні змішувального барабана (Рисунок 4.25).

Бетонозмішувачі з примусовим перемішуванням найчастіше використо­вуються для приготування бетонної суміші на легких заповнювачах (тобто для легких бетонів). Перемішування відбувається за допомогою лопатєвого валу в горизонтальній площині. При цьому змішувальний барабан або зали­ша­ється нерухомим, або обертається в протилежному напрямі.

Пересувні БРЗ (Рисунок 4.26) дозволяють швидко і без додаткових вит­рат­­ на монтаж-демонтаж перебазовуватися на іншу чергову будову і на значну від­стань. Тому цікаво розглянути пересувний автоматизований бетоно­-роз­чинний завод — ПБРЗ-10. Він може перебазовуватися без демон­та­жу, тому що змонтований на пневмоколесному напівпричепі; пристосова­ний до роботи в різних атмосферних і кліматичних умовах. На ньому встановле­ний змішувач С-773, є обігрівний склад заповнювачів на 150 м³ на чотири роздільні фракції, склад цементу на 15 т. Маса завода 20 т, продуктивність взимку 5 м³/г, влітку — 10 м³/г. Заводом керує один опе­ра­тор. Весь технологічний процес від роз­ван­таження заповнювачив і в'яжучих до видачи готової суміші автоматизова­ний.­

4.4.4. Транспортування бетонної суміші

Склад операцій по транспортуванню бетонної суміші та її подачі до місця укладання залежить від дальності транспортування, положення в просторі об'єкта, що бетонується, властивостей бетонної суміші, наявності тих чи інших транспортних засобів, кліматичних та інших місцевих умов.

В загальному вигляді цей технологічний процес заключається в прийман­ні бе­тон­ної суміші з бункера бетонозмішувальної установки, переміщенні (достав­ці) її різними транспортними засобами до майданчика, наступної подачі суміші до місця укладання або ж перевантаженні її на інші транс­порт­ні засоби чи пристосування, які доставляють суміш на ділянку, що бетонується.

Найбільша тривалість транспортування бетонної суміші встановлюється лабо­ра­торними дослідами з таким розрахунком, щоб на місці укладання бетон­на суміш мала задану рухливість, тобто, щоб не почався процес тужа­віння.

Дальність транспортування суміші визначається допустимим часом зна­ход­жен­­ня її в дорозі, станом доріг і середньою швидкістю переміщення по них транс­портних засобів, а також рухливістю бетонної суміші. Час дос­­тавки бе­тонної суміші до об'єкта і інтервали між рейсами встановлюють залежно від про­дуктивності механізмів, що подають суміш до місця її ук­ла­­дан­ня, та прийня­тих темпів бетонування.

При транспортуванні бетонну суміш необхідно захищати від атмосферних опадів, дії вітрів і сонячних променів. Важливо в дорозі зберегти однорід­ність­ суміші, звести до мінімуму її розшарування й захистити від втрати цементного молока та розчину.

Транспортувати бетонну суміш на об'єкт можливо порціальним (цикліч­ним),­ безперервним або комбінованим способом.

Порціальний (циклічний) способ доставлення бетонної суміші на об'єкт є найбільш розповсюдженим: на автобетоновозах, автосамоскидах, а також в баддях, які встановлюються в кузовах автомобилів або на залізничних плат­формах.

З умов нерозшарування відстань транспортування бетонної суміші обме­жу­єть­ся для автосамоскидів 20 км, автобетоновозів 40 км, автобетоно­змішувачів 60 км — і залежить від інших умов: стану шляхів, температури повітря тощо.

Автотранспортом можливо подавати бетонну суміш безпосередньо в конст­рук­­­цію (при бетонуванні підстилаючого шару під підлоги, основу під дорожні по­крит­тя, масивних бетонних або слабоармованих фундамент­них плит). Але в більшості випадків використовують тимчасові естакади, пересувні мости (Рисунок 4.27). Їх застосовують при бетонуванні великих фундаментних масивів, наприклад, під прокатні стани металургійних заво­дів; причому з пересувних мостів бетонування можна вести в двох напрямах: поздовжному и поперечному.

Бетоновозна естакада складається з металевих опор, розташованих на забетонованих подушках (на рівні нижньої арматури), стояків естакади та гаків для підвішування арматури, які залишаються потім в бетоні. На естакаді або по її краях розташовують вібробункери, до яких підвішують ланкові хоботи для подачі бетонної суміші. Заїзди на естакаду влаштовують у вигляді пандусів. Автомобілі з бетонною сумішшю подаються на естакаду і вивантажують суміш в приймальні бункери. При цьому категорично за­бо­­ро­­няється скидання бетонної суміші при вільному падінні, тому що тоді відбувається розшарування бетонної суміші ще в повітрі. Щоб цього не було, вільне скидання бетонної су­міші до­пус­кається з висоти до 5 м; при висоті до 10 м застосовуються так звані «хоботи», а при висоті до 40...80 м — «віброхоботи». Хоботи — це низка металевих (або пластмасо­вих) конусів без ден, які не дають суміші розлітатися у вільному падінні.

Тип і кількість транспортних засобів вибирають з урахуванням дальності перевезення, виду дороги, погодних умов, складу і рухливості суміші, а також необхідного потоку (П) бетону, м³/зміну:

П = Q/T, (4.1)

де Q — загальний об'єм бетонної суміші, м³;

Т — тривалість виконання робіт по укладанню бетонної суміші, змін.

Кількість машин i-го типу, необхідних для перевезення бетонної суміші з заводу, визначається за формулою:

(4.2)

де t_зм — тривалість зміни, в годинах;

q_і — вантажність і-ї машини, м³;

b_і — коефіцієнт використання автомашини по вантажопідйомності;

t_ні, t_рі, t_мі — тривалість навантаження, розвантаження і маневрування і-ї автомашини, в годинах;

t_пер.і — додатковий час на перемішування суміші (для автобетоно­змішу­ вачів), в годинах;

l — відстань від заводу до будівельного майданчика, км;

Vв — щвидкість машини з вантажем, км/год;

Vх — те ж, без вантажу (холостого пробігу).

Найбільш поширеним способом подачі бетонної суміші до місця укладан­ня­ зараз є спосіб «кран-баддя». Продуктивність (П_е) при цьому залежить від типу вибраного крана, ємкості бункера і кількості бетонної суміші, що вкла­даєть­ся в один конструктивний елемент, і може бути визначена за фор­мулою:

П_е = 60Vt_змК_в/t_ц, (4.3)

де V — об'єм бетонної суміші, що завантажується в баддю, м³;

t_зм — тривалість зміни, год.;

К_в — коефіцієнт використання крана по часу (Кв=0,75...0,82);

t_ц — тривалість робочого циклу, хв;

t_ц = t_з + t_с + 2t_п + t_р, (4.4)

де t_з — тривалість завантаження бетонної суміші в баддю;

t_с — тривалість стропування бадді;

t_п — тривалість транспортування бадді до місця укладання бетонної суміші або опускання пустої бадді;

t_р — тривалість розвантаження бадді (при бетонуванні масивів або плоских конструкцій t_р = 1...3 хв; при бетонуванні тонкостінних конструкцій, де необхідно вивантаження порціями, t_р = 8...10 хв).

Відповідно до продуктивності крана, який являється водійною машиною комплекту в технологічному процесі, підбирають склад ланки бетонуваль­ни­ків і необхідну кількість транспортних засобів для забезпечення безпере­бій­ної­ роботи крана.

До недоліків виконання бетонних робіт за допомогою кранів і бункерів необхід­но віднести неможливість подачі бетону в важкодоступні місця, цикліч­ність подачі суміші, неповне використання кранів по вантажопідйом­ності, відсут­ність дистанційного управління розвантаженням.

Удосконалення технологічного процесу кранової подачі бетонної суміші реалізують в таких напрямках:

— використання поворотних і неповоротних баддей більшої ємкості, що забезпечують її завантаження по схемі «кузов автомобіля-баддя» і повне використання вантажопідйомності крана;

— оснащення баддей приборами дистанційного управління, затворами і пристроями шнекового типу для порційного завантаження й вивантаження бетонної суміші;

— технологічна сумісність баддей з засобами доставки бетонної суміші;

— використання конвейєрної схеми доставки бетонної суміші в непово­ротних баддях на автопоїздах;

— удосконалення конструкцій затворів, використання гідроприводів, при­ставок шнекового типу і т.п.;

— використання автоматичних захватів для стропування і розстропу­ван­ня бадді;

— використання циліндричних баддей (зменшує витрати металу й висоту бадді при тій же ємкості).

Безперервний спосіб транспортування бетонної суміші на об'єкт викорис­то­ву­єть­ся відносно рідко, тоді коли приготування бетонної суміші відбу­­ва­єть­ся безпосередньо на об'єкті. Тому частіше вживається комбіно­ваний спосіб транспортування бетонної суміші: на об'єкт порціальний, а до міс­ця укладання — безперервний. Для подачі і розподілення бетонної суміші в місці укладання можуть використовуватися:

1. стрічкові конвейєри;

2. вібраційні конвейєри;

3. стрічкові бетоноукладачі.

Стрічкові конвейєри застосовуються при будівництві споруд великої протяжності і масивності , наприклад, фундаментів. Цей спосіб більш продуктивний (5...10 м³/г) у порівнянні з порціальним.

Щоб не допустити розшарування, вживають бетонну суміш з осадкою конусу не більше 6 см. Кути нахила транспортерної стрічки не повинні перебільшувати при підйомі суміші з осадкою конусу до 4 см — 18^о, 4...6 см — 15^о, а при спуску — відповідно 12^о і 10^о. Швидкість руху стрічки транспорту не повинна бути більше 1 м/с. Транспортерна стрічка завантажується з бункерів, або вібробункерів, у які суміш подається (най­час­тіше) автотранспортом. Найбільша відстань транспортування суміші транспортерами не повинна бути більше 1500 м. Транспортери повинні бути захищені від кліматичного впливу і атмосферних опадів.

Вібраційні конвейєри застосовують звичайно разом з віброживиль­ником і віброжолобом (вібролотком) при бетонуванні підземної частини споруди. Нескладні за конструкцією і експлуатацією, дешеві за вартістю — вони дозволяють знизити енерговитрати і машиноємкість бетонних робіт.

З умов нерозшарування бетонну суміш можна транспортувати віброкон­вей­єрами (конвейєр може складатися з 2...3-х віброжолобів) уверх до 6...10^о і униз до 30...70^о при використанні жорстких сумішей. Продуктив­ність установки 5...12 м³/г.

Стрічкові бетоноукладачі — це, як правило, два телескопічних транспортери, встановлені на самохідній повноповоротній платформі екс­каватора. Для прийому бетонної суміші встановлюється перекидний прий­мальний бункер, куди суміш завантажується порціальним методом (авто­транспортом). Застосовуються при бетонуванні масивних споруд нульового циклу (фундаменти, стіни). Відстань подачи суміші 3...30 м, висота подачи до 8 м, продуктивність 9...12 м³/г.

Транспортування і розподіл бетонної суміші трубопровідним транспортом виконується за допомогою бетононасосів або пневмотранспортними установ­ками.

Бетононасоси являються універсальними машинами з широким діа­пазоном технологічних можливостей. Вони дозволяють з високим ступенем ін­тен­сивності (5...80 м³/год і більше) подавати бетонну суміш на відстань до 400 м по горизонталі і до 100 м і більше по вертикалі, безперебійно вкладати її в опалубки конструкції.

За виконанням приводу бетононасоси поділяють на машини з механічним і гідравлічним приводом, а за виконанням перекачувального механізму — на поршневі і безпоршневі.

Найбільш поширеним у нас мобільним бетононасосом є автобетононасос. По суті — це гідравлічний бетононасос, змонтований на автомобілі і осна­щений секційною гадрав­лічною керованою маніпуляційною стрілою (Рисунок 4.28). По стрілі, яка складається звичайно з 3-х шарнірно з'єдна­них секцій, проходе підключений до бетононасосу бетоно­вод, який закінчується гнучким рукавом. При роботі автобетононасоса випускають виносні опори, а при переїзді — складають стрілу і приводять її в транспортне становище. Наяв­ність роз­по­дільчої стріли дозволяє подавати бетонну суміш у радіусі дії стріли в отвори, в конструкції, розташовані нижче і вище рівня землі, і інші важко доступні ділянки. Тому автобетоно­насосами найбільш вигідно послуговуватися там, де ефективно викорис­тову­ється його мобільність і маніпуляційні можливості. В інших випадках перевагу необхідно віддавати бетононасосам, змонтова­ним на причепах, маючи на увазі, що вартість та експлуатаційні витрати при вико­ристанні при­чепних бетононасосів на 30...40 % нижчі, ніж у автобето­нонасосів в зв'язку з відсутністю витрат на паливо і простої базової автомашини, не­минучі при використанні автобетононасосу. При відсутності спеціальних мані­пу­ля­ційних стріл для розширення радіуса розподілення бетонної суміші без переналадки бетоноводів, використовують поворотні вібролотки, які підвішу­ють­ся до головки бетоноводу, або кругові розподілювачі, які представляють собою повноповоротну стрілу з противагою, встановлену на опору, радіус дії якої 10...15 м.

При компонуванні бетоноводу ланки труб з'єднують за допомогою швид­ко­роз'ємних замкових пристроїв. Застосування бетононасосів з гідравлічним приводом, який забезпечує високий тиск, дозволяє використовувати полег­шені­ бетоноводи з тонкостінних сталевих труб діаметром Ј 100 мм. З метою зменшення маси бетоноводу і трудомісткості їх збирання (монтажу) ряд зарубіжних фірм практикує використання неметалевих бетоноводів.

Вимоги до бетонної суміші, яку перека­чують по трубо­про­водах. Обов'яз­ко­вою умовою надійної роботи бетонона­соса є вико­ристання бетонної сумі­ші, що легко перекачується. Така суміш повинна мати підвищену в'язкість, одно­рід­ну струк­ту­ру і забезпечувати отримуван­ня необхід­них фізико-механічних характе­рис­тик бетону.

Легкоперекачуваною називають бетонну суміш, яка при її перекачуванні по трубах з швидкістю і на відстань, що не перевищу­ють граничних для даного типу бетононасо­са, не втрачає своєї однорідності і не ство­рює про­бок. Легкоперекачувана суміш яв­ля­ється показником високої якості бето­ну.

Експериментально доказано, що для забез­пе­чення легкоперекачуваної суміші об'єм цементного тіста повинен перебіль­шувати об'єм пустот суміші великого і дріб­но­го заповнювачів не менше ніж на 40 %. Рухомість бетонної суміші по­вин­на бути 6...14 см, а водоцементне відно­шення — не більше 0,75 (оптимум 0,4...0,6). За межами цих значень бетонна суміш втрачає свою легкоперека­чуваність. При цьому треба мати на увазі, що збільшення об'єму цементного тіста і водоцементного відно­шення вимагає збільшення витрат цементу, тобто вартості бетонної суміші.

Технічну продуктивність (П_т) бетононасоса можна знайти за формулою:

, м³/год, (4.5)

де d — діаметр робочого циліндра бетононасоса, м;

L — хід поршні, м;

n — кількість двогонних ходів поршня за годину;

k — коефіцієнт заповнення циліндрів бетонною сумішшю (k=0,9 для сумішей з ОК=5...10 см, k=0,95 для сумішей з ОК>10 см).

При проектуванні виконання робіт з використанням бетононасосів необ­хід­но враховувати, що важливою умовою продуктивної і надійної ро­бо­ти бетононасоса є наявність чітко взаємозв'язаного технологічного ланцю­га: «бетонний завод — автобетонозмішувач — бетононасос» або «бетон­­­ний завод — автомобіль-самоскид (бетоновоз) — активний перевантажувач — бетоно­насос».

Практика показала, що така схема буде тільки тоді ефективною, коли будуть тісно пов'язани процеси бетоноприготування, бетоноукладання та об'єк­та бетонування. Мається на увазі безперервне приготування бетонної суміші необхідної якості, надійна робота комплексу, наявність відповідного фрон­ту робіт, організація робіт за чітким графіком, випереджаюче збирання бетоноводу на об'єкті, використання стимулюючої системи оплати праці и т.п., що може враховуватися коефіціентами К₁...К_n, які неминуче будуть впли­ва­ти на зниження експлуатаційної продуктивності бетононасосу на даному об'єкті.

П_е = П_тК₁К₂...К_n (4.6)

Транспортування бетонної суміші по трубах пневмотранс­порт­ними уста­новками. Механізм транспортування бетонної суміші такий: в сухій суміші твер­ді частки матеріалу обтікаються повітряним потоком і в зваженому стані переносяться по трубопроводу. Рухома в'язкопластична суміш транс­портується суцільним потоком способом проштовхування.

Для транспортування сухої суміші або сипучих матеріалів в зваженому стані використовують цемент-гармати, розчинокидачі (розчиномети) і на­бризк-машини. Ці ж механізми використовуються і для бетонування мето­дом торкре­тування.

Для транспортування малорухомих бетонних сумішей може бути вико­ристана установка «Пневмобетон».

Для пневмонагнітачів характерна висока швидкість руху суміші. Для ка­мер­них пневмонагнітачів вона складає 0,1...0,3 м/с, але в момент виштов­хування бетонної суміші з бетоноводу ця швидкість може перебільшити 10...15 м/с. Для гасіння конечної енергії потоку суміші, зниження швид­кості її виходу з бетоноводу, зменшення перекидних зусиль і повітрявідді­лен­ня використовують вихідні насадки — кінцеві гасителі. Пневмонагнітачі мають більш просту конструкцію (практично без рухомих частин), але їх треба періодично зупиняти для очищення стінок нагнітача і бетоноводу від бетону.

Продуктивність пневмонагнітачів ємкістю 400 л — 10 м³/г, 800 л — 20 м³/г.

Пневмонагнітачі транспортують бетонну суміш на 200 м по горизонталі і на 60 м по вертикалі.

4.4.5. Укладання і ущільнення бетонної суміші

Бетонування — найбільш відповідальний етап зведення бетонної або залі­зо­бетон­ної конструкції. Бетонна суміш при укладанні повинна прийняти форму конструкції, передбачену проектом і задану поверхнями і контурами опалубки.

При бетонуванні суміш заповнює всі проміжки між стержнями арматури, утворює захисний шар необхідної товщини і піддається ущільненню відпо­від­но до заданих проектом щільності і класу бетону.

Бетонування складається з підготовчих і перевірочних операцій, процесу укладання бетонної суміші, який включає операції по прийманню, розпо­ділен­ню і ущільненню бетонної суміші, а також допоміжних операцій, що виконуються по ходу бетонування.

Спочатку необхідно перевірити і оформити актами на приховані роботи (див. Додаток 2) якість і відповідність проекту інших елементів кон­струкції, які в процесі бетонування будуть заховані в тіло бетону. Перевіря­ють до початку бетонування підготовку природної основи, виконання гідро­ізоля­цій­них­ робіт, правильність установки арматури та закладних деталей, анкерів тощо.

Перевіряють точність встановлення опалубки, наявність будівельних під­йомів в днищах коробів балок і арок, правильність встановлення клинів або домкратів для розкружалення тощо. При перевірці риштувань склада­ють акт, який фіксує забезпечення вимог техніки безпеки.

Безпосередньо перед укладанням бетонної суміші опалубку очищають струме­нем води або стиснутого повітря від сміття і бруду, бетонні та горизонтальні поверхні робочих швів звільняють від цементної плівки, перевіряють захисні пристосування, передбачені технікою безпеки. По­верхню дерев'яної опалубки змочують, щілини в опалубці шириною більш 3 мм затуляють для запобігання витікання цементного молока. Поверхні ста­ле­вої і пластикової опалубки змащу­ють, наприклад, відпра­цьова­ним мас­лом, а залізобетонну, азбоцементу або армоцементу незнімну опалубку про­ми­вають струменем води. Арматуру очища­ють від бруду та ір­жі. Одно­часно виконують роботи по наладці механізмів, машин та при­ст­роїв, що вико­рис­тову­ються в усіх взаємопов'язаних операціях по бетону­ван­ню. Робочі місця забезпечують необхідними інструментами.

Якщо бетонну суміш укладають на раніше укладений бетон основи, то з метою недопущення збезводнення суміші, що вкладається, бетон основи не­об­хідно сильно зволожити, причому безпосередньо перед укладанням су­міші залишки води з поверхні бетону необхідно видалити.

Приймання, розподілення, укладання і ущільнення бетонної суміші необ­хід­но вести в безперервній послідовності. За цим відповідальним процесом повинен вести постійний нагляд технічний порсонал будівельного майдан­чика. В журналі бетонних робіт кожну зміну записують дату виконання робіт,­ їх об'єм, властивості бетонної суміші, дату виготовлення бетонних конт­роль­них зразків, їх кількість, температуру зовнішнього повітря, бетон­ної суміші, тип опалубки і дату розбирання опалубки.

Під час укладання і розподілення бетонної суміші слідкують за станом риш­тувань і опалубки. При виявленні зміщення або деформації опалубки бетонування припиняють і приймають заходи до виправлення дефектів.

Одночасно з бетонуванням виконують допоміжні операції по встановлен­ню і переміщенню транспортних і вантажопідйомних засобів, віброжолобів, бун­керів, бетоноводів, конвейєрів тощо.

В кінці зміни інвентар, механізми і пристрої очищують від напливів бе­­то­­ну, промивають бетоноводи.

Укладання бетонної суміші. Під час укладання бетонної суміші в опалуб­ку її розподіляють, як прави­ло, горизонтальними шарами однакової товщи­ни, що забезпечує рівномірне ущільнення бетону. Товщина горизон­тальних шарів залежить в основному від засобів ущільнення.

Велику кількість залізобетонних конструкцій неможливо забетонувати за один захід без перерви, тому виникає необхідність в визначенні розмірів ді­ля­нок, на які необхідно розбити конструкцію. Розбивають конструкцію або споруду на ділянки як по конструктивним, так і по технологічним мір­куванням. Конструктивна розбивка покликана забезпечити направлену деформацію окремих ділянок споруд або конструкцій (осадочні, темпера­тур­­ні та усадочні шви), а технологічна — враховує неминучі пе­рерви в роботі, загальну організацію робіт, можливості використання меха­нізмів. При кон­ст­рую­ванні споруд в них виконують деформаційні шви, які в свою чер­гу можна підрозділяти на усадочні, температурні та осадочні.

Усадочні шви в довгих і масивних конструкціях запобігають неупоряд­кованому виникненню тріщин під час усадки бетону. На відміну від темпе­ра­тур­них вони необхідні і при постійній температурі експлуатації конст­рукцій. Усадочні шви в тонких монолітних стінах роблять не рідше ніж через 5...6 м по довжині і в місцях, де змінюється переріз або висота стіни. В бетонних підлогах їх виконують через 6...12 м. Бокові грані поздовжніх швів покривають бітумом. Поперечні шви бетонують на 1/3 товщини (закладають рейку завтовшки 1,5...2 см), а останню частину заповняють мастикою.

При розподілі конструкцій на блоки (карти) бетонування по можливості необхідно передбачати шви, які виконують зразу декілька функцій. Конст­рук­ції швів температурного стиснення і усадочні схожі, тому часто роблять сумісні темпера­тур­но-усадочні шви. Температурні шви розширення зручно суміщувати з осадочними.

Робочі шви сугубо технологічні. Їх улаштування визвано неминучими зупинками процесу бетонування (закінчення зміни, зупинка устаткування, нестача матеріалу, необхідність монтажу вище розташованої арматури, пере­­мон­­тування риштування опалубки і т.і.). На відміну від деформацій­ного в робочому шві не допускається переміщувати поверхонь, що єднають­ся, одна відносно другої. Кількість робочих швів повинна зводитись до мінімуму. В зв'яз­ку з цим при перервах в бетонуванні необхід­но дотримува­ти­ся ряду правил: при укладанні бетону вручну не допускати ударів шуров­ками і трамбовками по бетону, укладеному до перерви; при вкла­данні з ущільненням за допомогою вібраторів ділянку свіжого бетону дов­жиною 1 м, який прилягає до бетону, укладеного до перерви, необхідно ущіль­нювати вручну (якщо бетон не досяг міцності 1...1,2 МПа).

Відповідно до норм робочі шви допускається улаштовувати при бетону­ван­ні (див. Рисунок 4.29):

— колон — на рівні верху фундаменту (I-I), біля низу прогонів, балок або підкранових консолей (II-II), біля верху підкранових балок (III-III), біля низу капітелей колон (IV-IV) безбалочного перекриття, біля низу або верху вутів (IV-IV), між стояками і ригелями рам (VII-VII);

— балок великих розмірів, монолітно з'єднаних з плитами, — на 20...30 мм нижче рівня нижньої поверхні плити, а при наявності в плиті вута — на рівні низу вута (див. Січення V, VI);

— плоских плит — в будь-якому місці паралельно меншому боку плити;

— ребристих перекрить — в напрямі, рівнобіжному другорядним балкам (VIII), а також

— окремих балок — в межах середньої третини прольоту балки, а в напря­мі рівнобіжно головним балкам (прогонам) — в межах двох середніх чет­вер­тей прольоту прогонів і плит (IX);

— масивів, арок, склепінь, резервуарів, бункерів гідротехніч­них споруд, мостів і других складних інженерних споруд і конструкцій — в місцях, вказа­них в проекті (там де діють найменші внутрішні зусілля).

Основні правила улаштування робочих швів:

— робочі шви влаштовують в місцях, де в конструкції діють найменші зусилля;

— шви виконують перпендикулярно вісі конструкції (Рисунок 4.29 а, б);

— всі горизонтальні шви повинні оброблятися — з поверхні має бути видалена плівка цементного молока; при обчищенні поверхонь раніше укла­де­ного бетону його міцність повинна бути не менше, МПа: 0,3 (зразу після закінчення тужавіння цементу — найкраще) — при обчищенні водя­ним або повітряним струменем; 1,5 — механічною металевою щіткою; 5 — при гідро­піскоструйній обчистці або обчистці металевою фрезою.

Основні правила укладання бетонної суміші.

Висота вільного падіння повинна бути не більш:

а) h Ј 3м при ОК=6...8 см;

б) h Ј 2м при ОК>8 см;

в) h Ј 5м в окремі колони.

Коли висота вільного падіння бетонної суміші 5...10 м застосовують «хобо­ти», а при h>10м — віброхоботи. Хоботи — це ланцюг з ланок, які мають конічну форму. Періодично проходячи крізь широку та вузьку частину ланок ланцюга бетонна суміш запобігає розшарування. Напрямок подачі суміші має бути перпендикулярним шарам укладки.

Кожний наступний шар має бути укладеним на попередній до початку тужавіння бетону в попередньому шарі, так як при ущільненні суміші вібратор повинен занурюватися в раніше укладений шар на 3...5 см. Виходя­чи з цього можна визначити розміри блоку бетонування: висота шару залежить від механізмів, які подають бетонну суміш і які її потім ущільню­ють. Висота шару, як правило, складає 10...15 см, але не більше 50 см. Об'єм бетону на ділянці, який і визначає її розміри, можна визначити як:

з одного боку — V = F_діл h_ш, (4.7)

з другого — V = I_бt_тужⁿ¹, (4.8)

де F_діл — площа ділянки бетонування, м²;

h_ш — товщина шару суміші, що вкладається, м;

I_б — інтенсивність подачі бетону бетоноукладальною машиною, м³/год;

t_тужⁿ¹ — час від початку укладення суміші до початку її тужавіння.

t_тужⁿ¹ = t_тужⁿ - (t_нав + t_тр) (4.9)

де t_тужⁿ — час початку тужавіння бетону від моменту її приготування на заводі, год;

t_нав, t_тр — час відповідно, навантаження і транспортування бетонної суміші, год.

(4.10)

де К_n — коефіцієнт нерівномірності подачі бетонної суміші (К_n=I_min/I_ср).

Для відновлення бетонування необхідно:

а) шви очистити від сміття та пилу продуванням повітрям або промиван­ням во­дою;

б) поверхні старого бетону необхідно зволожити, але без калюж;

в) в перший шар спочатку укладають 3...4 см жирного цементного тіста або весь перший шар після відновлення бетонування повинен бути з підви­щеним вмістом цементного тіста.

Ущільнення бетонної суміші.

Ущільнення можна виконувати штикуванням, трамбуванням, вібруванням.

Штикування виконують за допомогою шуровок, якщо бетон укладають в тонкостінні і густоармовані конструкції. Цей метод використовують також при укладанні високорухомих і литих сумішей (з ОК>10 см), щоб не ви­ник­­ло їх розшарування.

Трамбування ручними або пневматичними трамбовками рекомендується при укладанні дуже жорстких сумішей в малоармовані конструкції, а також тоді, коли використовувати вібратори неможливо через негативний вплив вібрації на розташоване поблизу устаткування.

Вібрацію як найбільш поширений спосіб ущільнення використовують для бетонних сумішей з ОК=0...10 см. Вібратори занурюють в бетонну су­міш, закріплюють до опалубки або встановлюють на поверхні суміші.

Під дією вібраційних сил в бетоні послаблюються сили внутрішнього тер­тя і зчеплення, від чого різко знижується його в'язкість, а бетонна суміш отримує влас­тивості важкої структурної рідини, яка має значну р­у­хо­мість.

Одночасно в зоні вібрації складається підвищений тиск, повітря ін­тенсивно витискується з бетонної суміші, забезпечуючи їй високу щільність, отже й підвищену міцність.

Вібрування характерізується двома параметрами: частотою і амплітудою коливання. Ці параметри зв'язані між собою. Низькочастотні вібратори мають більшу амплітуду коливань, а високочастотні — меншу.

Низькочастотні вібратори використовують для ущільнення бетонних сумі­шей з розмірами заповнювача 50...70­ мм і більше; середньочастотні — 10...50 мм і високочастотні ­— до 10мм (дрібнозернистих бетонів).

По способу дії на бетонну суміш вібратори поділяються на внутрішні, поверхневі й зовнішні.

Внутрішні вібратори (вібробулави з гнучким валом): занурюються робо­­чим органом в шар бетону, а коливання передається суміші безпосередньо через корпус. Поверхневі — встановлюються на шар бетонної суміші, переда­ють їй коливання через робочий майданчик або брус. Зовнішні — закріплю­ють­ся на опалубці, через яку вони передають коливання суміші.

По роду енергії вібратори підрозділяються на вібратори електромеха­нічні, електромагнітні та пневматичні.

При ущільненні бетонної суміші внутрішніми вібраторами тов­щина шару приймається більше 1,25h_р (висоти їх робочої частини). Три­ва­лість віб­ру­вання в одній точці залежить від типу вібратора та характерис­тик бетонної сумі­ші (її рухомості). Чим менше рухомість, тим довше необ­хід­но вібрувати суміш. Недостатня тривалість вібрування призводить до недоущільнення бетону (підвищеної його пористості, отже, до пониженої щільності). Занадто тривале вібру­вання також погіршує його якість: тому що веде до розшарування бетону. Оптимальний час вібрування визначається досвідним шляхом. Основні прикме­ти достатності ущільнення — закінчення усідання бетонної суміші, поява на її поверхні цементного молочка й закін­чен­ня виділення бульбашок повітря.

Відстань між позиціями вібратора в плані (точки занурення вібратора) не повинна перебільшувати 1,5 радіусу дії вібратора, причому зони вібру­ван­ня перекривають одна одну. Радіус дії вібратора залежить від типу вібратора, а також від рухомості бетонної суміші.

Поверхневі вібратори використовуються для ущільнення суміші в плос­ких конструкціях і бувають двох типів: віброплощадки і віброрейки. Вібро­площадка площею 0,3...1 м² (рідко більше) використовується для виконан­ня робіт в невеликих приміщеннях.

Віброрейка — це швелер довжиною 3...6 м (при довжині l>3 м — це вібро­брус) на якому зверху встановлено вібродвигун. За допомогою поверх­не­­вих вібраторів ущільнюють бетонну суміш окремими смугами з перекрит­тям провіброваної смуги на 10...15 см. Товщина шарів, які мають ущільню­ва­­ти­ся поверхневими вібраторами, дорівнює 15...30 см; тривалість роботи на одній позиції 20...60 с.

Зовнішні вібратори жорстко закріплюють до опалубки. За їх допомогою можна ущільнювати суміш на глибину до 25 см. При бетонуванні високих конструкцій (колон, стін) встановлюють декілька вібраторів по висоті й включають їх по мірі укладання бетону. Працює зовнішній вібратор на одній стоянці 50...90с, потім його переміщують і закріплюють за допомогою спеціаль­них швидкороз'ємних пристроїв.

Крім вище згаданих можуть також використовуватися такі методи ущіль­нен­ня бетонної суміші:

Ущільнення бетонної суміші укаткою — використовується при бето­нуван­ні масивних конструкцій з укладанням суміші двома, трьома шарами завтовшки 20...70 см;

Ущільнення бетонної суміші вакуумуванням — основане на принципі від­­смокту­вання з укладеної в опалубку бетонної суміші зайвої води, яку необ­хідно додавати при приготуванні суміші щоб отримати потрібну їй ру­хо­мість. Ця вільна (зайва) вода займає якийсь об'єм, протягом часу вона випаровується і залишає в бетоні пори і пустоти, які знижують його міцність. При вакууму­ван­ні зайової води (а з нею і повітря) суміш ущіль­нюється, її пористість і усад­ка знижуються, а якість зростає. Міцність вакуумованого бетону вище на 10...20 %, ніж віброваного. Для вакуумуван­ня бетонної суміші в плоских конструкціях застосовують вакуум-щити. В балках, колонах, стінах вакууму­вання ведеться за допомогою вакуум-трубок. Вакуум-щити і вакуум-трубки через магістральну відсмоктуючу лінію приєднуються до вакуум-установки.

Вакуумування використовують для ущільнення бетону в немасивних конструкціях, які мають велику поверхню (майданчики, склепіння, оболон­ки, купола). Найбільша товщина бетону при цьому 30 см.

4.4.6. Догляд за бетоном

Зберегти високу якість бетонної суміші після вкладання можна тільки при виконанні деяких заздалегідь визначених вимог: підтримання сприятли­вого волого-температурного режиму, що забезпечує зростання міцності; захист твердіючого бетону від ударів, струшувань і інших механічних дій, від різких змін температури й швидкого висихання.

Твердіючий бетон змінюється в об'ємі. Бетон на звичайному цементі при­ твердінні на повітрі висихає і зменшується в об'ємі. Висихання на поверхні конструкції проходить швидше ніж усередині, тому якщо зверху штучно не підтримувати необхідну вологість в бетоні можуть з'явитися малі усадочні трі­щини. Щоб підтримати необхідну вологість, бетон вкривають вологоутри­мую­чими матеріалами, захищаючи від дії вітру й прямих соняч­них променів, і систематично поливають водою ці матеріали.

Укривання і поливку бетону починають не пізніше ніж за 10...12 годин після закінчення бетонування, а в жарку і вітряну погоду через 2...3 години. Якщо температура зовнішнього повітря 15^оС і вище, поливають в перші 3 доби днем через 3 години й один раз уночі, а в наступні дні — до набору 20 % проектної міцності (на портландцементі — 7 діб, шлакопортландцемен­ті — 14 діб, на глиноземистому — 3 доби) не рідше 3 рази на добу.

Великі горизонтальні поверхні, якщо вони в подальшому не будуть мати монолітного зв'язку з бетоном і розчином, рекомендують замість поливання водою покривати плівкоутворюючими складами або захисними плівками (водо-бітумною емульсією, етиноловим лаком, полімерними плівками). При покритті поверхні бетону вологоутримуючими матеріалами (рогожею, тирсою) перерви між поливанням збільшуються в 1,5 рази. При температурі 5^оС і нижче бетон не поливають. Заходи по догляду за їх виконанням встановлюються ПВР.

4.4.7. Контроль якості виконання робіт

Контроль якості бетону полягає в перевірці відповідності його фізико-механічних показників вимогам проекту і проводиться на стадії його приго­тування й в готовому стані. На стадії приготування й укладання бетонної суміші перевіряють її рухомість. Роблять це на місці приготування й укла­дан­ня суміші не рідше двох разів за зміну при постійній погоді і постійній вологості заповнювачів.

Обов'язкова перевірка міцності бетону на стиск, а для дорожнього і аеро­дромного будівництва — також на розтягування при згинанні. Іспит проводять на контрольних зразках з проб бетонної суміші, відібраної після її приготування на бетонному заводі, а також на місці виконання робіт. На одне випробування повинно бути зроблено не менше 3-х зразків кубів з розміром ребра 10 або 15 см (залежно від гранулометрії заповню­вача). Міцність бетону контролюють згідно з вимогами проекту, а також заданої під час проміжного контролю (наприклад, перед розпалубленням конструкцій, передачею натягу арматури, яку напружують на бетон для виготовлення попе­ред­­ньо напружених конструкцій тощо).

Показники морозостійкості і водонепроникності бетону контролюють, якщо є спеціальні вимоги за проектом.

Контроль якості бетону в конструкціях і спорудах виконують за вимогами проекту або спеціальних нормативних документів, якщо виникають сумніви, щодо якості бетону, якщо міцність бетону при іспитах виявилась менша за проектну.

4.4.8. Особливості бетонування деяких конструкцій

4.4.8.1. Масивні малоармовані конструкції — мостові опори, підпірні стіни, товсті фундаментні плити, фундаменти під устаткування — викону­ють із жорстких сумішей. В ПВР вказують розбивку масиву на блоки бетонування, розміри яких встановлюють так, щоб максимально зменшити негативний вплив температурних деформацій, які викликаються підвищен­ням температури бетону при твердінні. Замика­ю­чий блок бетонують після усадки і охолодження блоків, що стоять поряд.

Укладання суміші та її ущільнення ведуть горизонтальними шарами одна­­­ко­­вої товщини без перерв і в одному напрямі. Як правило розміри блока при­значають не більше 60 м² в плані й ширині до 4,5 м. Верхній шар в проміжних блоках залишають шорстким для кращого зчеплення блоків між собою. Вихідний шар в верхньому блоці ущільнюють та заглад­жу­ють поверх­невими вібраторами.

Перерви при укладанні суміші в блоки фундаментів під устаткування, які­ сприймають динамічне навантаження не допускаються. Конус, що утво­рюється при порційній подачі бетонної суміші, розрівнюють вібратора­ми до отримання рівномірного шару. Вібратор занурюється в конус бетонної су­міші вертикально або з нахилом до 30^о і переміщується в такому положен­ні в бік пониженої частини шару. Бетонну суміш, яка подається безперерв­но­,­ розрівнюють і ущільнюють вібраторами послідовно відповідно до подачи і з шви­д­­кіс­тю, яка забезпечує рівномірне ущільнення всього шару. Вібратор за­­ну­­рю­ють в шар бетону так, щоб робочий наконечник заходив в раніше укладений шар, в якому бетон ще не почав тужавіти, на глибину 5...10 см. Відстань перестановки вібра­торів залежить від жорсткості суміші: 30...40 см для вібраторів з гнучким ва­лом­ і 35...50 см для вібробулав. Якщо суміш подають поворотними ковшами — баддями, їх розвантажують в середині ділянки, що бетонуються. Суміш роз­по­діляють і ущільнюють пакетними віб­ра­то­рами, які підвішують до гаку крана.

4.4.8.2. Колони без хомутів, що перехрещуються, бетонують ділянками висотою до 5 м. Бетонну суміш подають зверху із бадді через воронки й ущіль­нюють глибинними вібраторами. При бетонуванні колон великої висоти роблять розбивку на яруси бетонування. Останній ярус по висоті бето­нують після досягнення бетоном попереднього ярусу міцності 1,5 МПа і улаштування робочого шва.

4.4.8.3. Колони з густим армуванням і хомутами, що перехрещуються, з сторонами перерізу менше 0,4 м бетонують без перерв на висоту не біль­­ше 2 м. Суміш з ОК=6...8 см подають ланцюговими хоботами через отвори — «кармани», які улаштовуються в бокових стінках опалубки. В нижню частину колони рекомендується покласти шар пластичного цемент­ного розчину тов­щиною 10...20 см складу 1:2 (1:3), щоб забезпечити краще зчеплення з раніше укладеним бетоном.

4.4.8.4. Рамні конструкції необхідно бетонувати без перерв. Якщо цього зробити не вдається, стійки рами бетонують на висоту до робочого шва.

4.4.8.5. Стіни, перегородки та діафрагми жорсткості товщиною більше 15 см бетонують, подаючи бетонну суміш зверху через воронки й хоботи без­перервно на висоту до 3 м. Укладання ведуть шарами завтовшки 0,5...0,8 дов­жини робочої частини наконечника вібратора. Стіни завтовшки менше 15 см бетонують на висоту до 1,5 м. При більшій висоті стіни для зручності арму­вання й укладання бетонної суміші встановлюють опалубку з одного бо­ку на висоту ярусу, потім монтують арматуру і встановлюють опалубку з другого боку. Бетонну суміш подають зверху або через кармани і рівномір­но її розподіляють. Стінки резервуарів рекомендується бетонувати по висоті й периметру без перерв. Бетон стінок і днища стикують в місцях, передба­чених проектом. Підпірні стінки інколи можна бетонувати, подаючи суміш прямо з автобетоновоза.

4.4.8.6. Ступінчасті фундаменти під колони бетонують в декілька етапів. Спочатку бетонують подушки основи, потім встановлюють арматурний кар­кас, блок опалубки і укладають суміш в нижні ступені фундаменту; пі­с­ля цього бетонують підколонники до гніздоутворювача стакану або низу ан­керних болтів (для металевих колон); встановлюють гніздоутворювачі або анкерні болти й бетонують верх фундаменту.

Бетонну суміш укладають шарами завтовшки 30...35 см і ущільнюють гли­бин­ними вібраторами з наконечниками, які вибирають залежно від мі­ри армування. В кутах і біля стін опалубки суміш піддають штикуванню.

4.4.8.7. До бетонування балок і плит перекрить, монолітно зв'язаних з коло­нами і стінами, приступають через 2 години після бетонування верти­каль­них конструкцій, щоб бетон, укладений в них, встиг зробити початкову осадку. Балки і прогони висотою менше 800 мм бетонують шарами по 35...40 см, одночасно з плитами. При більшій висоті балок їх бетонують роз­дільно, влаш­товуючи по висоті робочий шов.

Бетонну суміш в балках ущільнюють глибинними вібраторами з гнучким валом, а в плитах — вібробрусами і поверхневими вібраторами. Робочий вста­новлює поверхневий вібратор в вихідне положення, включає двигун і гаком переміщує вібратор до кінця ділянки, потім переміщує його перпен­ди­кулярно до сліду на відстань 30...40 см і далі переміщує паралельно прой­деній полосі в зворотному напрямку, перекриваючи попередню полосу на 3...5 см. Товщина шарів бетонної суміші при укладання її в плити з подвійним армуванням не повинна перевищувати 120 мм, а в плити з одинарним арму­ванням або бетонні — 250 мм. Плити перекриття бетонують в напрямку друго­рядних або головних балок, подаючи суміш в напрямку раніше укладеного бетону.­

4.4.8.8. Склепіння великої протяжності поділяють на обмежені по довжи­ні дільниці бетонування робочими швами. Бетон укладають в огороджені ді­лянки симетрично вертикальній вісі з двох боків, переміщуючись від п'ят до замка, щоб забезпечити збереження форми опалубки.

4.4.8.9. Масивні арки і склепіння прольотом більше 15 м бетонують смугами, паралельними поздовжній вісі і розташованими симетрично від­нос­но неї. В залишені між смугами проміжки через 5...7 днів укладають жорстку бетонну суміш і ущільнюють її глибинними вібраторами. Останнім бетонують клин-замок, розташований в центрі склепіння.

4.4.8.10. Підстилаючий бетонний шар під поли і плитні конструкції улаш­то­вують смугами шириною 3...4 м через одну, ущільнюючи суміш віб­рорейками або бетоноукладальними машинами.

При зведенні масивних малоармованих конструкцій в бетонну суміш в про­цесі укладання занурюють камінь («ізюм») розмірами більше 150 мм, але не більше 1/2 найменшого розміру конструкції. Камінь подають в кон­тейнерах і рівномірно розподіляють по площі блока, відступаючи на 300 мм від опалубки. Для ущільнення суміші використовують глибинні вібратори з діаметром вібронаконечника до 200 мм.

Неармовані конструкції також виконують із каменебетону. Бетонну суміш з осадкою конуса ОКЈ4 см укладають шаром 300 мм. На суміш із кон­тейнера або кузовів автосамоскидів накидають шар каміння розмірами від 120 до 500 мм. На укладений шар встановлюють гратчастий майданчик, на нього — потужний підвісний вібратор і піддають дії вібрації на протязі 60...120 с. В результаті каміння занурюється в бетонну суміш.

4.4.9. До спеціальних методів бетонування відносять: торкретуван­ня, роздільне бетонування конструкцій, підводне бетонування, напір­не бетонування.

4.4.9.1. Торкретування — бетонування конструкції нанесенням на поверх­ню опалубки або конструкції одного чи кількох шарів цементно-піщаного роз­чину (торкрету) за допомогою цемент-гармати чи бетонної суміші (набризк-бетону) за допомогою бетон-шприц-машин. Цей метод застосову­єть­ся для влаштування тонкостінних конструкцій, забезпечення водоне­проник­ного поверх­невого шару бетону, виправлення дефектів бетон­них та залізобетонних конструкцій чи підсилення їх. Торкретування викону­ють по неармованій чи армованій поверхні.

До складу торкрету входять цемент і пісок (або гравій з фракціями до 8­ мм), а до набризк-бетону крім того ще й додають заповнювач, розмір частинок якого не перевищує 25 мм.

Принцип роботи цемент-гармати і бетон-шприц-машини схожі. Суха цемент­но-піщана суміш (вологістю не більше 8 %) чи бетонна суміш під дією стисну­то­го повітря із камери по шлангу подається до сопла, де вона змішується з водою,­ і з великою швидкістю (120...140 м/с) вилітає назовні. Частинки торкрету (або бетонної суміші) при ударі об поверхню затриму­ються на ній, утворю­ючи щільний шар.

Товщина шару, який наносять, становить, мм:

— при нанесенні на горизонтальні (знизу вгору) відповідно неармовані й армовані поверхні 15 та 50;

— при нанесенні на вертикальні поверхні, відповідно — 25 і 75.

При нанесенні кількох шарів наступний наносять з інтервалом, який визнача­ється за умови, щоб під дією струменя свіжої суміші не пошкоджу­вав­ся попе­ред­ній шар (як правило, не більше 1...2 год.).

4.4.9.2. Роздільне бетонування конструкцій — спосіб, який полягає в попередньому укладанні безпосередньо в опалубку великого заповнювача з наступним нагнітанням в його простір цементно-піщаного розчину. Його застосовують при влаштуванні залізобетонних резервуарів, підпірних стін, складних фундаментів, колон, а також при підсиленні залізобетонних конст­рукцій. Нагнітають розчин знизу вгору за допомогою розчинонасосів та ін'єкцій­них труб, розміщених у масиві конструкції; по мірі підвищення рівня розчину в конструкції труби витягують.

4.4.9.3. Підводне бетонування — укладання бетонної суміші під водою без виконання водовідливих робіт. Цей спосіб використовують при влашту­ван­ні підземних і підводних конструкцій, в складних геологічних та гідро­гео­логічних умовах.

Основні методи підводного бетонування: вертикально переміщуваною трубою (ВПТ) й висхідним розчином (ВР). При методі ВПТ бетонна суміш­ високої рухливості надходить самопливом через труби, опущені до основи конструкції, що зводиться. По мірі подавання бетонної суміші і нарощування шару бетону в конструкції труби поступово піднімають. При цьому їхній нижній кінець повинен бути постійно зануреним у бетонну су­міш не менш, як на 0,8 м при глибині бетонування до 10 м і не менш як на 1,5 м при глибині бетонування більше 10 м. Суміжний з водою верхній шар бетону після закінчення бето­ну­вання вилучають.

Метод ВР — буває безнапірним і напірним. При безнапірному методі в центрі блока бетонування встановлюють шахту з гратчастими стінками, в яку опускають на всю глибину сталеву трубу діаметром 100 мм. Шахту заповнюють бутовим каменем, після чого по трубах самопливом подають цементний розчин, який розтікається і, поступово піднімаючись, заповнює пустоти між камінням. Труби повинні бути занурені в розчин не менш як на 0,8 м. По мірі підвищення рівня розчину труби піднімають. При напір­ному бетонуванні труби встановлю­ють безпосередньо в камінні без утворен­ня шахт. Розчин у труби подають під тиском, створюючи його розчинонасо­сом чи пневмонагнітачем.

4.4.9.4. Напірне бетонування монолітних конструкцій полягає в безпе­рерв­ному нагнітанні бетонної суміші по бетоноводу в конструкцію на всю її висоту під дією гідродинамічного тиску, що створюється бетононасосом. Напір­ний метод бетонування застосовують при влаштуванні набивних паль, споруд типу «стіна в грунті» та інших підземних конструкцій у складних умовах, при підводному бетонуванні, при підвищених вимогах до бетону, при влаштуванні густоармованих конструкцій, для яких іншими методами ці процеси ускладнені. При бетонуванні конструкцій напірним методом застосовують опалубки, розраховані на сприймання заданого гідродинаміч­ного тиску, що враховується при проектуванні їх за допомогою коефіцієнту запасу 1,3...1,5. Для бетонування вертикальних конструкцій застосовують автобетононасоси; до кінцевої ланки бетоноводу розподільчої стріли приєднують напірний бетонопровід.

4.4.10. Особливості технології бетонних робіт в екстремальних умовах

До робіт в екстремальних умовах відносяться роботи в умовах сухого жаркого клімату і роботи при негативних температурах (в зимових умовах).

4.4.10.1. В умовах сухого жаркого клімату при твердінні цементного каменю одночасно мають місце два процеси: з одного боку — прискорення структуро­утворення бетону, а з другого — розвиток деструктивних явищ, що різко зменшують кінцеву міцність ще не зміцнілого бетону, під впливом швидкого збезводнення бетонної суміші, різного коефіцієнту об'ємного розширення її компонентів, підвищеної усадки цементного каменю та інших факторів. Роз­витку цих процесів сприяють і добові коливання температури, які викликають температурні напруги, що циклічно повторюються.

Досліди показують, що на недобір міцності значно впливає модуль відкритої поверхні бетону. Із збільшенням модулю відкритої поверхні при відсутності покриття зростає вплив на твердіючий бетон умов сухого жаркого клімату. Найбільш значні порушення структури бетону мають місце в тонкостінних конструкціях.

При зведенні будівель і споруд в районах з сухим жарким кліматом необхідно враховувати його тривалий вплив на якісні характеристики вже затверділого бетону, що сприяють тріщиноутворенню й збільшенню водопроникливості, корозії арматури, порушенню структури бетону. Тому в процесі твердіння бетону необхідно забезпечити сприятливі умови для нього, а саме:

— збільшити кількість поливів проти звичайного догляду за бетоном в 1,5...2 рази;

— відкриті поверхні обов'язково захищати спеціальними покриттями (рогожі, плівки, мішковина), або покривати лаком етиноль, бітумними емульсіями, брезентом, водонепроникливим папером;

— опалубку, повернену в південний бік, рекомендується пофарбувати в­ білий­ колір або встановити захисні щити (тенти);

— витримувати бетон під шаром води (спосіб «покриваючих водних басей­нів»). Для цього опалубку влаштовують з бортиком висотою 5 см і після закін­­чення початкового періоду догляду, заливають поверхню конструкції ша­ром води 5 см.

Складностей, пов'язаних з виконанням бетонних робіт в умовах сухого жаркого клімату можна уникнути, якщо спланувати виконання цих робіт на більш сприят­ливий період року.

4.4.10.2. Особливості бетонування в зимових умовах.

Зимові умови починаються, коли середньодобова температура зовніш­нього повітря знижується до +5^оС, а на протязі доби спостерігаються зни­жен­ня температури нижче 0^оС.

Невкритий бетон при температурі нижче 0^оС замерзає, фізико-хімічні процеси взаємодії води і цементу зупиняються, твердіння бетону призупи­ня­ється. Одночасно всередині бетону з'являються сили змерзання і внутрішнього тиску, які викликаються збільшенням об'єму води при замерзанні приблизно на 10 %. Ці сили можуть призвести до недопустимих деформацій конструкцій при ранньому замерзанні бетону. Крім того замерзла вода створює тонку плівку (намерзла крига) на поверхні зерен заповнювачів, що перешкоджує їх зчепленню з цементним каменем.

Мінімальна міцність бетону на момент можливого замерзання, при якій він спроможний сприймати розтягуючі зусилля від замерзлої води називається кри­тичною міцністю. Для бетонів класу В 12,5...В 15 вона не повинна бути меншою ніж 50 % R28, для класу В 45...В 55 — не менше 30 % R28, але в усякому випадку вона повинна бути не менше 5 МПа, а для конструкцій з попе­редньо напруженою арматурою, устоїв мостів і іншіх особливо відповідаль­них­ залізобетонних споруд — не менше 80 % проектної міцності і 100 % для конструкцій, які відразу після витримання, піддаються дії тиску замерзлої води.­

При виборі метода бетонування в зимових умовах важливим критерієм явля­ється масивність конструкції. Під масивністю конструкції мають на увазі відно­шення площі охолодження конструкції до об'єму бетону. Цей критерій зветься модулем поверхні:

, м^-1. (4.11)

Залежно від модуля поверхні конструкції підрозділяються на:

— масивні — М_n Ј 4(6) м^-1;

— конструкції середньої масивності — М_n = 4(6)...14 м^-1;

— не масивні, тонкостінні конструкції — М_n > 14 м^-1.

4.4.10.3. Особливості приготування, транспортування і ущіль­нення бетонної суміші

При приготуванні бетонної суміші в зимових умовах змінюється порядок завантаження компонентів у змішувач. Якщо в звичайних умовах спочатку заван­тажують щебінь, потім пісок, цемент і наприкінці воду, то в зимових умовах спочатку завантажують крупний заповнювач, заливають половину необхідної кількості води, після декількох оборотів барабану завантажують пісок, цемент і останню кількість води.

Бетонні суміші в зимових умовах приготовляють в опалюваних бетоно­змішувальних установках, приймають додаткові заходи для покращення якості бетонної суміші: старанно підбирають зерновий склад заповнювачів, знижують водоцементне відношення і використовують високоактивні і швидкотвердіючі цементи. Тривалість перемішування бетонної суміші в змішувачах циклічної дії збільшується не менше ніж на 25 % (в 1,5...2 рази).

Бетонні суміші на звичайних портландцементах і шлакопортландцемен­тах­ укладають тільки теплими. Підігріту бетонну суміш готують на гарячій воді­ і розморожених заповнювачах. Температуру підігріву води і заповню­ва­чів вибирають у відповідності до теплотехнічних розрахунків, виходячи з того, щоб після теплозбитків під час завантаження і перемішування ма­те­ріа­лів, а також при транспортуванні бетонна суміш в момент укладання мала задану позитивну температуру.

Транспортують бетонну суміш в зимових умовах з мінімальними пере­вантажен­нями, прагнучи сповільнити її охолодження на шляху транспорту­ван­ня. Температуру бетонної суміші в момент видачі її з заводу (з ураху­ван­ням зниження температури при транспортуванні і переван­тажен­нях) визначають за формулою:

(4.12)

де t_б.н. — температура бетонної суміші, яка необхідна при укладанні в опалубку, визначається теплотехнічними розрахунками, ^оС;

t_з.п. — температура зовнішнього повітря, ^оС;

еDt_тр. — сумарне відносне зниження температури бетонної суміші під час транспортування та інших операцій при перепаді між температурою зовнішнього повітря і бетонної суміші в 1^оС.

Пункти навантаження і перевантаження бетонної суміші захищають від вітру. При перевезенні бетонної суміші в сильні морози кузова самоскидів закри­ва­ють­ дерев'яними кришками або брезентом, а також влаштовують елемен­ти пі­ді­грі­ву вихлопними газами. При транспортуванні автобетоно­змішу­вачами необхідно в суміш вводити добавки, використовувати частково затворені суміші, а на майданчику затворювати водою з t і 50...70^оС, або розігрівати попередньо паром.

Укладання суміші необхідно виконувати в мінімально можливі терміни і, як правило, на мінімально можливих технологічних ділянках. Стан ос­­нови,­ на яку укладають бетонну суміш, а також спосіб укладання повинні вик­лючати замерзання цієї суміші у стику з основою і деформації основи при укладанні бетону на здимні грунти. Для цього основу відігрівають до плю­сових температур і забезпечують від змерзання до того, як укладений бетон набере необхідну міцність.

Перед вкладанням суміші перевіряють стан опалубки і арматури, очища­ють від мерзлої криги і снігу. Використовувати для цього гарячу воду й пар не можна, так як вони сприяють утворенню мерзлої криги. В морози нижче –10^оС арматуру d > 25мм, а також виконану із прокатних профілів відігрівають до +5^оС гарячим повітрям під легким поліетиленовим покрит­тям або індукцій­ним нагріванням.

Бетонну суміш подають прямо до місця укладання (без перевантаження), старанно оброблюють вібраторами поверхневий шар. Укладання бетонної суміші необхідно вести безперервно з інтенсивністю, яка забезпечує пере­крит­­тя раніше укладеного шару до того, як його температура знизиться нижче­ допустимої межі. Місця навантаження і розвантаження повинні бути захищені від вітру, а засоби подачі бетонної суміші в конструкції (хобо­ти, віброхоботи і інші) утеплені. Відкриті частини забетонованої кон­ст­рук­ції негайно вкривають. При поновленні бетонування після перерви для кращого зчеплення шар раніше укладеного бетону відігрівають, вико­рис­товуючи випромінювачі, які працюють від балонів із зрідженим газом.

4.4.10.4. Способи витримування бетону в зимових умовах.

Будівельне виробництво має великий арсенал сучасних ефективних і еконо­міч­них способів витримування бетону в зимових умовах, які дозволя­ють забезпечити високу якість конструкцій.

Класифікація способів бетонування в зимових умовах приведена на схемі (Рисунок 4.30).

Попередній вибір того чи іншого методу бетонування виконують на основі­ наступних рекомендацій:

— для бетонування масивних фундаментів з М_nЈ3 м^-1 — доцільно викорис­товувати спосіб термоса; спосіб термоса з використанням прискорю­ва­чів твердіння бетону (протиморозних добавок) при температурі зовніш­нього повітря нижче -20^оС;

— при бетонуванні фундаментів під конструкції будівель, споруд і устатку­ван­ня, масивні стіни й т.і. при М_n =3...6 м^-1 — спосіб термоса; бе­тон з проти­морозними добавками для отримання заданої міцності бетону в короткі строки, або при температурі зовнішнього повітря нижче –15^оС — попередній електро­розігрів, або периферійний електропрогрів, викорис­тан­­ня гріючої опалубки;

— колони, балки, прогони, елементи рамних конструкцій, пальові ростверки, стіни, перекриття з М_n=6...10 м^-1 — бетон з протиморозними добавками; попередній електророзігрів бетонної суміші; електродний прогрів; електро­обіг­рів з використанням гріючих опалубок, гнучких покривал і щитів, індук­ційний нагрів;

— підлоги, перегородки, плити перекрить, тонкостінні конструкції з М_n= 10...20 м^-1 — електродний прогрів, обігрів за допомогою гріючої опалубки; бетон з протиморозними добавками (для підлог);

— стіни, підливки з М_n = 20...100 м^-1 — електродний прогрів, індукційний нагрів, застосування протиморозних добавок, гріючих опалубок.

4.4.10.4.1. Метод термоса

Суть методу міститься в тому, що бетон набирає критичну міцність за час свого охолодження за рахунок тепла, внесеного при приготуванні бетонної суміші, і за рахунок екзотермії цементу. В основу методу термоса покладено рівняння теплового балансу, запропонованого Б.Г. Скрамтаєвим:

(4.13)

де С_б — питома теплоємкість бетону, приймається рівною С_б=1,05 кДж/кг^оС);

g_б — щільність бетону, кг/м³;

t_б.п. — початкова температура бетону після його укладення в конструкцію, ^оС;

t_б.к. — температура бетону в кінці охолодження, ^оС;

Ц — витрати цементу на 1м³ бетону, кг;

Е — тепловиділення цементу при гідратації (екзотермія цементу, залежить від марки цементу, терміну твердіння та температури, при якій твердіє бетон);

К — коефіцієнт теплопередачі опалубки або укриття поверхні без опалубки:

(4.14)

де a_н — коефіцієнт теплопередачі біля зовнішньої поверхні огорожі, Вт/(м^{2 о}С), який залежить від швидкості руху повітря (див. Таблиця 4.1);

d_і — товщина і-го шару огорожі, м;

l_і — коефіцієнт теплопроводності матеріалу і-го шару огородження, Вт/м^{2 о}С;

М_n — модуль поверхні, м^-1;

t — тривалість охолодження конструкцій, год;

t_б.ср. — середня температура за час охолодження бетону, ^оС.

Таблиця 4.1

Залежність a_н від швидкості повітря

Швидкість a_н Швидкість u, a_н Швидкість u, a_н

повітря, м/с м/c м/с

0 3,77 3 14,96 10 33,18

1 3,88 5 26,56 15 43,15

(4.15)

t_з.п. — температура зовнішнього повітря, ^оС.

Для вирішення задач, пов'язаних з витримуванням бетону по методу термоса, рекомендується використовувати дані нарощування міцності бетону різних марок на портландцементі та шлакопортландцементі.

Основна задача, яка вирішується за допомогою цієї формули — це ви­зна­чення часу охолодження конструкції. Потім по кривих набору міцності (Рису­нок 4.31) визначають, якої міцності набуде бетон за час t при середній темпе­ратурі t_б.ср. і, якщо міцність менша необхідної, вносять корективи по двох напрямках:

1. підвищують початкову температуру бетонної суміші t_б.п. (або додат­ково розігрівають бетонну суміш на майданчику);

2. зменшують коефіцієнт теплопередачі від бетону в зовнішнє середови­ще, утеплюючи опалубку.

Для врахування додаткових витрат тепла на нагрів арматури тепловий вміст бетонної суміші зменшують на 10%, вводячи коефіцієнт 0,9 в підрахунки:­

(4.16)

Основною перевагою цього методу є низькі витрати на виконання робіт.

Недоліком є неможливість використання цього методу для тонкостінних конструкцій з модулем поверхні більше 30 м^-1.

З метою прискорення твердіння бетону в його склад вводять добавки — при­скорювачі твердіння: сульфат натрію (СН), хлорид кальцію (ХК), ніт­рат каль­цію (НК), нітрит-нітрат хлориду кальцію (ННХК). Іх кількість не повинна пере­вищувати масу цементу більш ніж: СН — 2 %, НК і ННХК — 4 %, ХК в бе­тоні армованих конструкцій — 2 %, а в бетоні неармованих конструкцій — 3 %.­

4.4.10.4.2. Бетонування з хімічними добавками.

Суть методу міститься в тому, що введення добавок-електролітів зни­жує температуру замерзання рідкої фази і забезпечує повільне нарощу­ван­ня міцності бетону до критичної за час повного охолодження. Як добавки використовуються: поташ (П), сульфат натрію (СН), нітрит натрію (НН), нітрат кальцію (НК), сечо­ви­на (С), з'єднання нітрату кальцію з сечовиною (НКС), хлорид кальцію (ХК) з хлоридом натрію (ХН), хлорид кальцію (ХК) з нітритом натрію (НН), нітрит-нітрат хлориду кальцію (ННХК), ННХК з сечовиною (С). Вводити необхідно визначену кількість, тому що при їх більшій кількості може припини­тися гідратація цементу. Частіше всьо­го використовують NaCl + CaCl₂, потім (К₂СО₃), нітрит натрію (NaNО₃), нітрит-нітрат хлориду кальцію (ННХК) та сечовину (С).

Сфера використання — монолітні та збірно-монолітні конструкції з важ­ко­го і легкого бетону, а також при замонолічуванні стиків. Коли темп зростання міцності бетону з добавками відстає від проектного темпу виконання будівельних робіт, даний метод сполучають з утепленням конструкції і електропрогрівом.

Достоїнство цього методу — можливість виконання робіт без зміни технології процесу по зрівнянню з літом.

Недоліки:

— повільний набір міцності бетону;

— всі добавки мають граничні межі використання — неможливо викорис­то­вувати їх при наявності джерел підвищеної напруги, при наявності агресивних грунтових вод, хлористі солі неможливо використовувати в конструкціях з дротяною або попередньо напруженою армату­рою; поташ — неможливо вико­рис­товувати в конструкціях, які працюють на динамічні навантаження, тощо.

По вартості цей метод може бути конкурентоздатним з методом «термосу».

4.4.10.4.3. Електротермообробка бетону і бетонної суміші.

Одним з найбільш ефективних і економічних методів інтенсифікації твер­діння бетону є його електротермообробка теплом, яке отримують від пере­творення електричної енергії в теплову.

В зимових умовах електротермообробка попереджує передчасне замерзан­ня­ бетону, забезпечує його інтенсивне твердіння при якій завгодно негатив­ній температурі зовнішнього повітря. Восени й весною прискорює твердіння бетону, скорочує строки розбирання опалубки. В умовах жаркого клімату електротермо­обробка скорочує тривалість догляду за бетоном, виключаючи передчасне його збезводнення.

Розрізняють електротермообробку бетонної суміші і бетону, тобто бетон­ної суміші, укладеної і ущільненної в опалубці конструкції.

Попередній розігрів бетонної суміші застосовують, коли треба підвищити температуру суміші з метою наступного здійснення методу термоса при бетонуванні конструкції, тобто цей метод розширює можливості термоса (за­сто­совується для конструкцій з М_n Ј 12 м^-1) і його часто звуть як метод «гарячого термоса».

Суть методу полягає в тому, що привезену з бетонного заводу суміш (як правило з температурою не більш 5...10^оС) розігрівають електричним струмом безпосередньо в автотранспорті за допомогою опускних електродів, або в баддях, обладнаних електродами, на спеціальному майданчику (Рисунок 4.32). Розігрів виконують швидко, за 5...10 хвилин до температу­ри 60...80^оС і також швидко бетонну суміш укладають в опалубку і ущіль­нюють. При перевантаженні суміші з бункера або самоскида в опалубку температура її швидко падає, але після укладання і ущільнення починає зростати за рахунок тепла, внесеного під час розігріву і за рахунок тепла екзотермії цементу. Після досягнення найвищої температури починається повільне охолодження бетону, за період якого бетон набирає критичної міцності (Рисунок 4.33).

Для розігріву суміші до високих температур (70...80^оС) за короткий час (5...10 хв.) потрібні великі електричні потужності: наприклад, для розігріву 1м³ суміші до 60^о за 15 хвилин треба 240 кВт, а за 10 хвилин ­— 360 кВт встановленої потужності.

Цей метод дозволяє спростити роботи, знизити їх вартість, а також під­ви­щи­ти якість бетону. При ущільненні вібраторами підігрітої до 70...80^оС бетонної суміші, відбувається поступове її охолодження і стиснення, водяні пари й повітря, які знаходяться в бетоні, зменьшуються в об'ємі, що сприяє підвищен­ню щільності й морозостійкості бетону.

Електротермообробку бетону (в опалубках конструкцій) здійснюють при бетонуванні конструкцій з М_n і 10 м^-1, а також і більш масивних, коли в них нема можливості отримати задану міцність в установлений термін методом термоса.

Тоді можна застосувати електродний прогрів (електропрогрів), обігрів електронагрівними пристроями й нагрів в електромагнітнім полі (індукцій­ний прогрів).

При електротермообробці бетону суттєве значення має правильний режим прогрівання, на протязі якого бетон набирає необхідної міцності (критич­ної). Він складається із 4-х етапів (Рисунок 4.34):

— попередня витримка бетону (t₁). Температура не може знизитись нижче рівня, при якому закінчується набирання міцності і бетон замерзає;

— розігрів бетонної суміші (t₂). Темп розігрівання Dt [^оС/год] норму­ється залежно від масивності конструкцій (Dt_роз=f(М_n)), чим масив­ні­ше конструкція (чим менший М_n), тим повільніше вона повинна розігріва­ти­ся;

— ізотермічна витримка бетону (t₃) при заданій температурі. Температу­ра t_із­ залежить від масивності конструкції і виду цементу [t_із=f(М_n, Ц)]. Тривалість t_з залежить від масивності конструкції і температури ізотерміч­ної витримки (t_із) [t_з=f(М_n, t_із)];

— етап охолодження конструкції (t₄) — час, на протязі якого бетон конструкції охолоджується до t_б.к.

Загальна тривалість електрообробки t₅=t₂+t₃.

Залежно від масивності конструкції можливі такі варіанти режиму елект­ро­обробки бетону:

— електротермос — використовується при термообробці масивних конст­рук­цій (Мn<6м-1) (Рисунок 4.34б);

— ізотермічний електропрогрів з урахуванням етапу охолодження бетону — використовується для конструкцій середньої масивності (М_n=6...15 м^-1) (Рисунок 4.34в);

— електропрогрів без урахування етапу охолодження — використовуєть­ся для тонкостінних конструкцій, у яких М_n>15м^-1, не враховується етап охолодження (Рисунок 4.34г).

В усіх випадках вибору режиму треба пам'ятати, що розігрів — один з най­більш відповідальних періодів прогріву. При великих швидкостях розігріву внаслідок внутрішнього тиску в бетоні відбуваються структурні руйнування за рахунок швидкого розширення защемленного повітря і парів води, власних темпе­ратурних розширень твердих часток і інтенсивно­го випарення вологи з поверхні бетону при збільшених температурах.

Тому нормативними документами встановлені такі максимальні швидкості підвищення температури бетону:

при М_n=2...6 м^-1 — 5...8^оС/год;

-"- М_n=6...20 м^-1 — не більше 10^оС/год.

Каркасні і тонкостінні конструкції завдовжки не більш 6м можна розігрі­ва­ти зі швидкістю 15^оС/год. Максимальна температура прогріву бетону вказана в Таблиці 4.2.

Максимально допустима температура прогріву бетону

Швидкість охолодження не повинна бути більш 12^оС/год для конструк­цій з М_n>10 м^-1, 5^оС/год — для конструкцій з М_n=6...10 м^-1, 2...3^оС/год — для конструкцій з М_n<6 м^-1.

Суть електропрогріву міститься в нагріванні бетону перемінним струмом промислової частоти (постійний струм не використовується, тому що він викликає електроліз води). Укладений в конструкцію бетон включа­ють в ланцюг як електричний опір (бетонна суміш — це важкотекуча рідина, яка має свій питомий опір r Ом/м, і може бути представлена як звичайний провідник з опором R=rl, на якому при проходженні струму виділяється тепло згідно з законом Ленца-Джоуля: Q=3,6 I²Rt, кВт). При цьому перетворення електричної енергії в теплову виконується безпосередньо всередині бетону. Саме сила струму визначає те тепло, яке виділяється в бетоні. А так як сила струму визначається за законом Ома I=U/R, то чим більша напруга буде прикладена до бетону, тим більше буде виділено тепла. З іншого боку з бігом часу нагріву питомий опір бетону спочатку зменшується, а потім, з початком тужавіння бетону, по­чи­нає зростати, при цьому зменшується величина сили струму. Для забезпечення виділення постійної кількості тепла необхідно збільшувати величи­ну прикладеної напруги (інакше може статися так, що тепла, яке виділяєть­ся, недостатньо для подальшого розігрівання бетону).

Подача напруги в бетон виконується за допомогою електродів (Таблиця 4.3). Вони можуть бути: стержневі, струнні, смугові, плаваючі та нашивні (пластинчасті).

Стержневі електроди виготовляють із стальних прутиків діаметром 5...8 мм, які забиваються на необхідну глибину у відкриті поверхні бетону після його укладання або встановлюються до укладання бетону в отвори, просвердлені в опалубці. По одному їх розташовують в конструкціях склад­ної конфігурації та в густо армованих на відстані 20 см один від одного при напрузі до 65 В і на відстані 40 см при більшій напрузі (Таблиця 4.3, п. 1,2). Стержневі електроди мають ті недоліки, що вони:

— залишаються в бетоні, підвищуючи витрати металу;

— кожний електрод необхідно підключати окремо до електромережі. Доцільно розташовувати електроди групами, по три або більше штук з'єднуючи їх між собою стержнями d=10мм. Після цього до мережі підключа­ють не окремі електроди, а цілі групи, зменшуючи при цьому трудові витрати на цю операцію (див. Таблицю 4.3. п.2);

­— при встановленні електродів близько до арматури, струм може піти по напрямку найменшого опору, створюючи короткі замикання між електрода­ми через арматуру. Біля арматури, за рахунок великої кількості тепла, яке при цьому виділяється, вода починає кипіти, різко зменшуючи зчеплен­ня бетону з арматурою, можливе перегорання окремих провідників під дією високого струму, що може призвести до нерівномірного прогріву кон­­ст­рук­ції. Щоб запобігти цьому, електроди в місцях можливого контакту з арматурою ізолюються, а це ускладнює процес. Відстань від електрода до робочого шва не повинна перебільшувати 100 мм.

Струнні електроди (Таблиця 4.3, п.3) використовують для прогрі­ван­ня колон, балок, прогонів і т.і. Виготовляють їх з круглої сталі d= 6...12 мм, встановлюють перед бетонуванням паралельно вісі конструкції ланками довжиною 2,5...3,5 м. Випущені загнуті кінці струн служать для під­ключен­ня до мережі прогрівання. Струни із сталі Ж 3...5 мм встановлюють попарно. Як електрод можна використовувати опалубку, вкриту листовим за­лі­зом, тоді другим електродом служать струни, замонолічені в бетоні.

Пластинчасті (нашивні) (Таблиця 4.3, п. 4) електроди виготовляють із листової сталі, відходів штампування і інш. При обшиванні дерев'яної опалубки суцільні стальні пластини повинні повністю закривати протилежні плоскості по меншому боку (товщині) конструкції. В плоских конструкціях, завтовшки більше 25 см, і каркасних з розмірами сторін більше 50 см, нашивні електроди розташовують з двох або чотирьох боків і вони служать для периферійного електропрогріву. Внутрішня частина конструкції твердіє під дією екзотерміч­ного тепла, що виділяється при твердінні цементу, будучи захищеною від охолодження зовнішнім шаром, що підігрівається.

Смугові електроди (Таблиця 4.3, п. 5,6) при напрузі 49...85 В ви­го­товляють із смугової сталі завширшки 20...25 мм, а при 100В — із стержнів d=6...8 мм, з'єднаних в групи. Електроди розміщують з двох боків конструкцій в тому випадку, коли необхідно використовувати струм меншої потужності, не знижуючи напругу. При однобічному розміщенні електродів смуги підключа­ють до різних фаз мережі.

Плаваючі електроди виготовляють із круглої сталі діаметром 6...12 мм, занурюють в укладений бетон на глибину 3...4 см.

В групу способів електрообігріву входять способи, при яких тепло від приборів передається бетону індукцією, конвекцією або випромінюванням. При цьому струм не проходить через бетон.

Індукційний спосіб прогрівання бетону (Рисунок 4.35) полягає в тому, що навколо конструкції укладають витки ізольованого дроту, по якому пропускають перемінний струм. Арматура й стальна опалубка при цьому стають ніби сердечником індукційної котушки, і в них починає циркулювати індукційний струм. Цей струм розігріває арматуру та опалуб­ку; отримане тепло витрачається на прогрівання бетону конструкції.

Для індуктора використовуються дріт і шнури з мідними і алюмінієвими жилами перерізом 70...150 мм². Щоб підтримувати рівномірну температуру бетону по висоті, витки індуктора встановлюються на різних відстанях один від одного, згущуючись донизу і доверху.

Спочатку відігрівають арматуру, включивши індуктор на 10...15 хвилин, потім укладають бетонну суміш і на протязі 2...3 годин витримують при низь­ких позитивних температурах, періодично включаючи індуктор на 10...15 хвилин. Швидкість піднімання температури повинна складати від 5 до 10⁰ С, режим нагрівання ізотермічний.

Переваги: можна відігрівати старий бетон.

Недоліки:

— підвищені витрати електричної енергії: в 1.5 рази більше ніж при елект­ро­прогріві;

— великі витрати мідного дроту та кабелів;

— низький cosj=P/(P+Q), так як котушка має великий реактивний опір і, відповідно, велику реактивну потужність (cosj Ј 0,5). За це накла­дають великі штрафи (для будівництва cosj і 0,8...0,85).

Сфера використання — будь-які конструкції, що густоармовані або бето­нуються в металевій опалубці.

Інфрачервоний нагрів — теплова енергія інфрачервоного спектра, попа­­даю­чи на бетон, частково ним поглинається (бетон — абсолютно сіре тіло — коефіцієнт поглинання більш 90 %), перетворюючись в теплову енер­гію. Джерела нагрівання — темні і світлі нагрівачі. Темні нагрівачі — це ТЕНи (трубчасті електронагрівачі поверхня яких нагрівається до темпе­рату­ри 800^оС), один з кращих методів прогрівання.

Світлі нагрівачи — це кварцові випромінювачі, в яких біля 80 % електро­енергії перетворюється в тепло. Джерелом енергії є кварцова трубка, всередині якої стоїть нагрівальний елемент.

Область використання — бетонування густоармованих конструкцій і спо­руд з замкненими об'ємами (колектори, тунелі, бункери, колони), а також при замонолічуванні стиків, анкерних болтів і т.і., коли неможливо пропустити струм через бетон (Рисунок 4.36 б,в).

Переваги:

— можливість використання при бетонуванні широкого кола конструк­цій;

— можливість відігрівання старого бетону (Рисунок 4.36 а);

— легкість автоматизації управління режимами нагрівання.

Недоліки — більші на 15...20 % витрати електроенергії ніж при прогрі­ванні.­

Контактний електрообігрів використовується при зведенні конст­рукцій з розвинутою поверхнею (М_n і 6 м^-1) в гріючих підйомно-переставній і розбірно-переставній інвентарних опалубках. При цьому тепло передається від гріючої поверхні опалубки безпосередньо до бетону, що прогрівається.

Гріючу (термоактивну) опалубку виготовляють у вигляді щитів, панелей або гнучких матів. Нагрівачі бувають дротяними, або із гріючих кабелів; сіт­часті, пластинчасті та ін. Температура на поверхні нагрівачів, як правило, до 250^оС.

Цей вид почав розповсюджуватися в останні роки (Рисунок 4.37).

Конвективний метод нагріва використовується, як правило, при улашту­ван­ні тепляків, коли інші методи застосувати незручно або недо­цільно, напри­клад при зведенні висотних споруд в ковзній або підйомно-пере­став­ній опалубці, коли треба підтримувати позитивні температури не тіль­ки для бетонних, але і для іншіх робіт. Тепляки улаштовують з подвійно ша­рових синтетичних матеріалів з повітряним прошаруванням або застосо­ву­ють надувні конструкції.

Середовище тепляка нагрівають паром або теплим повітрям конвек­тив­­ним способом, підтримуючи в ньому температуру близько +5...10^оС, в зв'язку з чим твердіння бетону йде повільно, а тривалість досягнення ним кри­тич­ної міцності збільшується. Улаштування і утримання тепляків до­с­­тат­ньо трудо­місткий процес, що вимагає значних витрат матеріалів і енергії.

Прогрів конструкцій паром на будівлях не застосовується, тому що теж вимагає значних витрат, але іноді використовують гаряче повітря продуктів спалювання з температурою 150...200^оС. Його пропускають крізь утеплений ковпак (металевий або дерев'яний), під яким знаходяться металеві форми з бетонними конструкціями.

Комбіновані методи зимового бетонування застосовуються, коли немож­ли­во використати окремий метод у чистому вигляді або коли комбіна­ція різ­них методів дає більший економічний ефект і практичну доцільність у виконанні робіт.

Віброелектророзігрів суміші. Суть цієї технології заключається в комп­лек­с­ній енергообробці бетонної суміші з наступним звичайним витри­му­ван­­ням бе­то­ну. Комплексна обробка суміші виконується в віброелектро­реакторі, в якому поєднані елементи вібролотка, вібромайданчика, віброма­ят­ника, елек­т­ро­­бункера, іонізатора, соленоїда, а також парокамери, авто­клава та трубо­про­воду. Це викликає дев'ять енергетичних дій, що не дозво­ляє утво­рю­ватися обо­­лонкам на зернах цементу, призводить до ланцюгових реакцій, поглиблює гідратацію Завдяки оголенню поверхні заповнювача та наступно­му само­стис­ненню при звичайному витримуванні отримується особливо щільна структура бетону з підвищеними фізико-механічними властивостями (див. Рисунок 4.38).

Основне обладнання — віброреактор, який представляє собою звичайну сталеву трубу (1) довжиною 4 м, в якій розташовані азбестоцементний електро­стер­­жень (2) з секційними трубчастими електродами (3). Цей стер­жень закріплюється в торцевих кришках (4). Вихідний отвір обладнаний щі­лин­ним циліндричним затвором. Для забезпечення коливань труби та переміщення суміші підвішено два періодично працюючих вібратори (6); труба підвішена на амортизуючих тросах (7) до карнизу або будь-якого мобільного механізму, наприклад, до бетоноукладача. Електрокабель (8) підводиться до електродів всередині електростержня.

Технологія бетонування така. Бетонну суміш підвозять авто­само­скидами з центрального бетонорозчинного вузла та з естакади 1 (Рисунок 4.39) виван­тажу­ють безпосередньо в бункер-накопичувач (2), який оснащений вібрато­ром. При включенні вібратора бетонна суміш надхо­дить в вібро­елект­ро­реактор (3), який підвішується до бетоноукладача (4), що перемі­щу­єть­ся по рейках, де розташовуються форми опалубки (5). Вивантажена суміш розрівнюється вібробулавой і відразу вкривається рубе­ро­йдом. На наступний день знімається опалубка.

По зрівнянню з традиційним методом пропарювання конструкцій витрати цементу скорочуються в 1,4...1,5 рази (за рахунок активації цементу та створення щільної структури), енерговитрати по умовному паливу скорочу­ються в 4...5 разів (за рахунок своєчасного внесення енергії в трубу). Трудовитрати зменшуються в 3...4 рази (за рахунок суміщення операцій в одному агрегаті).