материалы ТВЗ папка ДИПЛОМ-2014 / зим бед / УП Зимнее-бетонирование-2011

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Томский государственный архитектурно-строительный университет»

А.И. Гныря, С.В. Коробков

ТЕХНОЛОГИЯ БЕТОННЫХ РАБОТ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ

Учебное пособие

Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов РФ по образованию в области строительства в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению 270100 «Строительство» по специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство»

Томск Издательство ТГАСУ

2011

УДК 693.547.3(075.8) ББК 38.626.1я73 Г 56

Гныря, А.И. Технология бетонных работ в зимних условиях [Текст] : учеб. пособие / А.И. Гныря, С.В. Коробков. – Томск : Изд-во Том. гос. ар-

хит.-строит. ун-та, 2011. – 412 с. – ISBN 978-5-93057-400-5.

В учебном пособии рассмотрены вопросы технологии бетонирования методом термоса, бетонирования с химическими добавками, а также методом искусственного прогрева. Даны указания по проектированию технологии бетонных работ в зимних условиях. Главное внимание уделено материалу по технологии бетонных работ в зимних условиях. Даны основы теории зимнего бетонирования, описано влияние отрицательной температуры на формирование структуры и твердение бетона.

Пособие может быть использовано студентами Института заочного и дистанционного обучения, Института непрерывного образования ТГАСУ, а также инженерно-техническими работниками строительной отрасли при повышении квалификации.

Пособие соответствует требованиям ФГОС ВПО для дисциплин «Технология строительного производства», «Технология возведения зданий» и «Спецкурс по ТСП» по направлению подготовки бакалавров и магистровпо специальности 270800 «Строительство» и профилю подготовки «Промышленное и гражданское строительство».

Табл. 99. Ил. 51

Рецензенты:

А.А. Афанасьев, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Технология строительного производства» МГСУ;

В.М. Митасов, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Железобетонные конструкции» НГАСУ (Сибстрин);

В.С. Воробьев, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Технология, организация и экономика строительства» Сибирского государственного университета путей сообщения (СГУПС);

М.М. Титов, к.т.н., доцент, зав. кафедрой «Технология строительного производства» НГАСУ (Сибстрин).

2

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Огромные масштабы строительства в нашей стране, особенно в быстроразвивающихся нефтегазоносных районах России, предъявляют повышенные требования к строительным материалам, ведущее место среди которых по-прежнему занимают бетон и железобетон. На сегодняшний день такими районами являются Западная и Восточная Сибирь, Дальний Восток, Крайний Север и др.

Бетон – универсальный строительный материал, объемы производства которого из года в год растут и по стоимости приближаются к 40 % всех общестроительных работ. Однако процесс изготовления сборных железобетонных изделий и бетонирования монолитных конструкций весьма длителен, трудоемок и дорог. В производстве сборного и монолитного бетона наиболее длительным технологическим процессом является выдерживание отформованных конструкций. В зависимости от требуемой прочности продолжительность его при нормальной температуре колеблется от 7 до 28 суток. Сокращение времени набора прочности является непременным условием любой технологии производства бетонных работ, так как длительное твердение бетона стало несовместимым с существующими темпами строительства. Необходимо также отметить, что производство 1 м3 бетона в зимних условиях на 40−50 % дороже, чем в летних.

Обеспечение высоких темпов строительства, повышение качества и снижение себестоимости производства бетонных работ в зимних условиях потребовало от строителей совершенствования старых методов зимнего бетонирования и разработки новых, с более высокими экономическими показателями.

В настоящее время нормативными документами Росстроя Минрегионразвития России узаконено 5 групп методов производства бетонных работ в зимних условиях: метод термоса, бетонирование с применением противоморозных добавок, электротермообработка монолитных бетонных и железобетонных

5

конструкций, обогрев железобетонных конструкций в тепляках и паропрогрев бетонных и железобетонных конструкций.

Структура учебного пособия выстроена следующим образом.

Учебное пособие состоит из пяти глав:

В первой главе отражены вопросы теории зимнего бетонирования, влияния отрицательной температуры на формирование структуры и твердение бетона, а также дается подбор состава бетона, рассматривается процесс его приготовления, транспортирования и укладки.

Вторая, третья и четвертая главы посвящены вопросам технологии бетонирования с применением метода термоса, бетонирования с химдобавками и методом искусственного прогрева.

Пятая глава содержит указания по проектированию технологии бетонных работ в зимних условиях.

В процессе работы над учебным пособием авторы использовали действующие нормативные документы строительной отрасли России, исследования ведущих ученых страны по вопросам зимнего бетонирования: А.С. Арбеньева, С.С. Атаева, А.А. Афанасьева, И.Н. Ахвердова, Ю.М. Баженова, Я.Р. Бессера, С.Г. Головнева, А.И. Гныри, В.Я. Гендина, Н.Н. Данилова, И.Б. Заседателева, В.И. Зубкова, В.А. Злодеева, Б.А. Крылова, Б.М. Красновского, Л.М. Колчеданцева, В.П. Лысова, А.В. Лагойда, А.И. Ли, С.А. Миронова, Л.А. Малининой, А.А. Соловьянчика, Б.Г. Скрамтаева, М.М. Титова, В.Д. Топчева, а также работы иностранных ученых, таких как Д. Алекса, С. Берстрем, Н. Богал, А. Брунд, Х. Болин, Я. Ичики, И. Итакура, Я. Когур, А. Мигул, А. Нюканен и др.

Авторы приносят благодарность рецензентам: профессорам А.А. Афанасьеву, В.М. Митасову, В.С. Воробьеву, М.М. Титову за отзывы на учебное пособие, конструктивные предложения и замечания.

6

1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ

1.1. Фазовые превращения воды при различных температурах

1.1.1. Общие положения

Бетонами называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате твердения тщательно перемешанной

иуплотненной смеси из вяжущего вещества с водой, мелкого

икрупного заполнителей, взятых в определенных пропорциях. Активной составляющей бетона (до затвердения ее называют

бетонной смесью) является цементный камень (цемент, вода), который играет основную роль в формировании его структуры и прочности, а также морозостойкости и водонепроницаемости.

Между цементом и заполнителем обычно не происходит химического взаимодействия (исключение составляет силикатный бетон, полученный автоклавной обработкой). Однако они существенно влияют на физико-механические свойства бетона.

В качестве заполнителей зачастую применяют местные горные породы, песчано-гравийные смеси из русла рек, отходы производства и т. д. Использование местных материалов в качестве заполнителей обеспечивает снижение стоимости бетона, так как заполнитель и вода составляют от общей массы

бетона 85 90 %.

На формирование физико-механических свойств цементного камня оказывают влияние следующие основные факторы: свойства цемента, соотношение между водой и цементом (В/Ц), вводимые добавки, степень уплотнения бетона, режим тепловлажностной обработки.

В настоящее время ученые и строители свободно управляют процессами схватывания и твердения бетонов, так как знают минералогический состав и тонкость помола цемента, необходимую температуру и вводимые добавки. Производство

7

Технология бетонных работ в зимних условиях

бетонных работ в зимних условиях требует от инженернотехнических работников глубоких знаний в теории гидратации цемента и твердения бетонов.

Прежде чем приступить к рассмотрению методов производства бетонных работ в зимних условиях и их техникоэкономического обоснования, необходимо ознакомиться с вопросами теории и технологии зимнего бетонирования.

1.1.2. Основные свойства и классификация связей воды

Вода в природе находится в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении равняется 100° С, а температура плавления льда 0° С. Удельная теплота плавления льда составляет 333,6 Дж, следовательно, такое количество тепла выделяет 1 кг воды при замерзании, а при оттаивании поглощает. Плотность воды принимается за единицу при 4° С. Вода в природе переходит при определенных условиях из одной фазы в другую скачкообразно. При этом меняется ее внутреннее строение и все связанные с этим характеристики и физические свойства.

Фазовые переходы воды (кристаллизация, плавление, сублимация, кипение, конденсация и испарение) связаны с выделением или поглощением тепла. Поскольку вода является составной частью бетона, указанные свойства надо учитывать в процессе приготовления, транспортирования, укладки и тепловой обработки бетонной смеси, а также при эксплуатации бетонных изделий и конструкций.

При производстве бетонных работ в зимних условиях необходимо тщательно изучать фазовое превращение воды и разрабатывать мероприятия, обеспечивающие нормальный термовлажностный режим. Состояние воды, находящейся в бетоне, во многом определяет процесс гидратации минералов цемента и твердения его с течением времени. Рассчитывая время осты-

8

1. Основы теории зимнего бетонирования

вания изделий и конструкций на морозе, необходимо вести учет теплоты плавления и кристаллизации льда.

Вода, содержащаяся в растворе, а затем и в бетоне, классифицируется по-разному. А.В. Лыков воду подразделяет на физико-механически, физико-химически и химически связанную (в зависимости от степени энергии связи). Т. Пауэрс разделяет воду на химически связанную и физически адсорбированную на поверхности гелия.

Физико-механически связанная вода – это вода, находящаяся в щелевых порах, а также в микро- и макрокапиллярах цементного камня. Количественное содержание ее зависит от влажности и температуры окружающей среды.

Воду можно удалить при нагревании цементного камня до температуры 105 °С. Механически связанная вода сохраняет свои обычные свойства.

Физико-химически связанная вода – это вода, которая адсорбируется на поверхности частиц, образующихся в результате гидратации и гидролиза цемента. Вода в таком состоянии поддерживается за счет молекулярного силового поля. В зависимости от температуры она подвержена фазовому переходу, но этот процесс протекает несколько иначе, чем в физико-механически связанной воде.

Вода может выпариваться из кристаллической решетки, а затемсновапоглощатьсяеюприпопаданииво влажную среду.

Объем воды в бетоне условно можно принять равным объему пор капилляров, содержащихся в смесях различного вида.

При отрицательной температуре в бетонной смеси вода начинает замерзать, но не сразу переходит в твердое состояние. Она частично остается в жидкой фазе в виде пленок на внутренних поверхностях капилляров, а также в гелях даже при

21 % льда, а при понижении температуры до –4 °С процентное содержание льда увеличивается до 60 %. В то же время значи-

9

Технология бетонных работ в зимних условиях

тельная часть воды в жидкой фазе сохраняется даже при температуре от –40 до –60 °С.

В 80-е годы в НИИЖБе Госстроя СССР под руководством проф. С.А. Миронова в лаборатории ускорения твердения бетона были проведены исследования льдистости (процентное отношение количества льда к массе химически несвязанной воды) в цементных пастах, растворах, бетонах разного состава калориметрическим методом. В табл. 1 приведены данные об уменьшении количества льда с увеличением возраста бетона. В качестве вяжущего применялся портландцемент марки 400, а заполнителей – гранитный щебень и песок. Льдистость определялась в зависимости от понижения температуры и прочности в % от R28.

Как видно из табл. 1, на процесс льдообразования большое влияние оказывает время предварительного выдерживания бетона до замораживания, т. е. набор определенной прочности. В бетонной смеси, подвергнутой замораживанию без предварительного выдерживания, большая часть воды (91 %) переходит в лед уже при температуре –3 °С, а при температуре от 0 до –2 °С

10