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

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

На величину и кинетику удельного сопротивления в основном влияют следующие факторы:

1. Количественное содержание водорастворимых едких щелочей и окиси кальция. Чем выше их содержание в цементе, тем ниже начальное и минимальное сопротивления бетона.

2. Удельное сопротивление уменьшается до определенного предела (≈250 кг цемента на 100 л воды) за счет увеличения концентрации солей в жидкой фазе. Дальнейшее же повышение содержания цемента в воде приводит к увеличению ρ.

3. С увеличением объема жидкой фазы в бетоне удельное сопротивление падает, однако при дальнейшем увеличении количества воды резко сокращается концентрация солей в жидкой фазе, а сопротивление начинает возрастать.

4.Добавка электролитов в бетон приводит к снижению величины удельного сопротивления, а также дальнейшей ее стабильности в процессе твердения.

5.При низких положительных температурах в первые часы твердения бетона возрастает количество клинкерных мине-

ралов и, следовательно, ускоряется рост ионов. В этот период также снижается величина удельного сопротивления бетона.

6. Охлаждение бетона до 0 °С приводит к увеличению удельного сопротивления, а при полном его замерзании состав-

ляет 0,03 105 Ом/см.

7. С увеличением температуры выдерживания бетона удельное сопротивление изменяется в широком диапазоне (от 300 до 3000 Ом/см). Так, в начале выдерживания ρ имеет минимальное значение, а по мере кристаллизации новообразований резко растет.

8. Обезвоживание бетона в процессе тепловой обработки также приводит к увеличению ρ.

Таким образом, при электропрогреве бетона желательно применять высокоалитовые портландцементы. Токопроводящих свойств бетона можно достичь за счет применения доба- вок-электролитов и предварительного выдерживания смеси.

161

Технология бетонных работ в зимних условиях

Термообработку следует начинать при положительной температуре бетона и до начала его схватывания. Режим электропрогрева необходимо вести с учетом изменения ρ в процессе термообработки бетона.

4.2.2. Режимы электропрогрева бетонных конструкций

Электропрогрев, как и другие методы термообработки, направлен на обеспечение условий, необходимых для набора прочности бетона.

При возведении массивных конструкций и дальнейшем наборе ими прочности могут протекать следующие процессы:

1) центральные (ядро) и поверхностные (периферийные) слои конструкции за время остывания до нулевой температуры приобретают требуемую по проекту прочность, перепады температур по сечению невелики;

2) конструкция приобретает требуемую по проекту прочность, но перепады температур по сечению превышают

0,1 °С/см;

3)бетон ядра конструкции успевает приобрести требуемую прочность, а периферийные слои замерзают раньше;

4)вся конструкция остывает, не получив необходимой

прочности.

В первом случае не требуется дополнительного теплового воздействия, а можно обойтись термосным выдерживанием конструкции. Во всех же остальных ситуациях необходимо либо дополнительное утепление опалубки, либо применение термообработки бетона. Для этого чаще всего используют периферийный электропрогрев, позволяющий создать тепловой контур для ядра конструкции, твердеющего в термосных условиях.

Электроды, установленные периферийно, поддерживают положительную температуру в наружных слоях за счет джоулева тепла, а в ядре конструкции – за счет экзотермии и теплопередачи с периферийных слоев. Одновременно периферийный

162

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

электропрогрев обеспечивает компенсацию теплопотерь в окружающую среду, нагревает периферийные слои конструкции до температуры, позволяющей создать благоприятные условия твердения бетона, и регулирует температурные поля в теле конструкции с целью достижения его равномерности.

Электротермообработка конструкций средней массивности обеспечивает равномерный прогрев изделия по сечению с одновременным набором прочности в минимальные сроки.

В настоящее время ученые и производственники разработали и предложили целый ряд режимов электротермообработки бетона. На выбор режимов влияют многочисленные факторы: массивность конструкции, температура окружающей среды, материал опалубки, наличие утеплителя, вид и марка цемента, требования к конечной прочности бетона и т. д.

В зависимости от этого электропрогрев можно вести по следующим стандартным схемам:

1.Электротермос (рис. 20, а) состоит из периода разогрева

втечение τ часов от tб.н до tmax и остывания в течение τост часов.

Прочность бетон набираетприостывании конструкции до температуры tб.к. Применяется этотрежимдляконструкций сМп ≤8 м–1.

2. Изотермический режим (рис. 20, б) состоит из периода разогрева конструкции от tб.н до tmax и изотермического прогрева при этой температуре, продолжительность которого назначается из условия получения требуемой прочности. Этот режим в основном применяется для немассивныхконструкций с Мп ≥15 м–1.

3.Изотермический режим с остыванием (рис. 20, в) содержит в себе комбинацию двух предыдущих режимов, приме-

няется в основном для тепловой обработки конструкций с Мп от 8 до 15 м–1.

4.Ступенчатый режим (рис. 20, г) применяется для тепло-

вой обработки массивных (Мп ≤ 5 м–1), а также средней массивности преднапряженных конструкций.

Подъем температуры является одним из наиболее ответственных моментов электропрогрева. Применяя вышеперечис-

163

Технология бетонных работ в зимних условиях

ленные режимы электротермообработки, технологи должны уделять особое внимание скорости подъема температуры. Так, установлено, что при скорости подъема температуры, приближающейся к 60–80 °С/ч, могут иметь место структурные нарушения в виде горизонтальных трещин конструкции. Нередки случаи, когда на поверхности конструкций образуются «горбушки» (вспучивание верхних слоев бетона). Внутренние и внешние деформации в изделиях и конструкциях объясняются наличием внутрипорового давления как результата быстрого расширения защемленного воздуха и паров воды.

Рис. 20. Температурные режимы электротермообработки бетонов:

а – электротермос; б – изотермический режим; в – изотермический режим с остыванием; г – ступенчатый режим; τ1, τ2, τ3 – соответственно подъем температуры, изотермический прогрев и остывание

164

4. Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

При высоких температурах происходит также расширение твердых частиц и интенсивное испарение влаги, особенно с верхних слоев. Скорость разогрева бетонной смеси не должна превышать 20 °С/ч. На скорость подъема температуры также оказывает большое влияние массивность конструкций. При быстром разогреве массивных конструкций в теле бетона возникают значительные температурные перепады, которые впоследствии усугубляются вследствие химической реакции экзотермии. За счет миграции влаги, расширения воздуха, испарения воды в порах твердеющего бетона появляется избыточное давление. Так, под действием температурного градиента порядка 3–5 °С/см давление в порах колеблется от 500 до 800 мм водяного столба. Поэтому в ранней стадии структурообразования зачастую выявляются деструктивные процессы, которые приводят к ухудшению свойств бетона (микронарушениям структуры цементного камня, увеличению водонепроницаемости и снижению морозостойкости бетона).

Небольшие скорости разогрева благоприятно сказываются на структурообразовании и конечной прочности бетона. Нормативными документами Минрегионразвития РФ предусматриваются следующие максимально допустимые скорости подъема температуры бетона при электропрогреве: Мп = 2–6 м–1 – (5–8) °С/ч; Мп = 6–20 м–1 – не более 10 °С/ч; тонкостенные конструкции рекомендуется разогревать со скоростью не более 15 °С/ч.

Аналогичные причины сказываются на свойствах бетона и при максимальных скоростях остывания. Имеющие место температурные градиенты также создают в конструкции дополнительные напряжения, которые и вызывают образование необратимых макродефектов.

Таким образом, скорость остывания конструкций должна составлять: с Мп ≥ 10 м–1 – не более 12 °С/ч; с Мп от 6 до 10 м–1 – не более 5 °С/ч; с Мп < 6 м–1 – не более 2–3 °С/ч; конструкции

с большим процентом армирования и Мп > 10 м–1 – не более

15 °С/ч.

165

Технология бетонных работ в зимних условиях

Снятие опалубки с изделий и конструкций рекомендуется производить при температуре наружного слоя не более 5 °С, при-

чем разность между температурой поверхности и наружным воздухом не должна превышать: с Мп ≤ 5 м–1 – 20 °С; с Мп > 5 м–1 –

30 °С; для неармированных конструкций – 40 °С. Максимальная температура при электротермообработке

также регламентируется рядом факторов.

Во-первых, установлено, что конечная прочность бетона, подвергнутая электротермообработке, оказывается ниже прочности образцов нормального твердения. Это объясняется неполнотой гидратации цементных зерен.

Во-вторых, высокие температуры вызывают собственное температурное расширение.

В-третьих, резко возрастают массопотери, что может привести к обезвоживанию бетона и к образованию открытых капилляров и пор.

В табл. 69 приведены максимально допустимые температуры электропрогрева бетона.

Таблица 69

Максимально допустимые температуры при электропрогреве бетона

Предварительно напряженные конструкции рекомендуется прогревать при температуре не более 80 °С, т. к. при высоких температурах имеют место потери напряжения в арматуре, что сказывается на несущей способности конструкций.

166

4.Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

4.2.3.Проектирование электропрогрева бетона

Для получения более высоких экономических, технологических и прочностных показателей при производстве бетонных работ с электродным прогревом необходимо произвести расчеты оптимального теплового режима, определить потребную мощность, электрические параметры, а также обосновать технологичность ведения работ.

4.2.3.1. Методика проектирования теплового режима электропрогрева

Для проектирования теплового режима электропрогрева необходимо знать:

1)вид и марку цемента;

2)содержание цемента в бетоне (кг/м3);

3)модуль поверхности конструкции Мп;

4)определяющий размер l при периферийном электропро-

греве (в качестве определяющего размера принимается размер в направлении, перпендикулярном плоскости установки электродов, равный при прогреве массивных конструкций и двустороннем периферийном электропрогреве немассивных половине толщины конструкций, а при одностороннем прогреве немассивных конструкций – полной толщине);

5)требуемую прочность бетона к моменту окончания термообработки;

6)материал опалубки и ее толщину δоп;

7)начальную температуру бетона tб.н;

8)температуру наружного воздуха tн.в;

9)скорость и направление ветра.

Методика проектирования теплового режима массивных и немассивных конструкций различна.

Немассивные конструкции. Проектирование теплового режима немассивныхконструкций ведется в следующем порядке.

167

Технология бетонных работ в зимних условиях

Зная Мп конструкции и вид цемента, задают допустимую скорость подъема температуры и максимальную температуру

(см. табл. 69).

По этим величинам определяют время разогрева бетона

няя температура остывания бетона; Qэ.ост – количество тепла, выделяющееся за счет экзотермии цемента в бетоне, твердею-

щем в течение τост при температуре tостср . Величина Qэ.остопределяется по формуле

168

4.Технология бетонных работ методами искусственного прогрева

Взависимости от вида цемента по рис. 21 находится прочность бетона, полученная за время τр + τост при средних

температурах tрср и tостср :

Если прочность соответствует требуемой к концу термообработки, то задается электротермосный режим. Если же прочность ниже требуемой, то производят тепловую обработку бетона изотермическим режимом или изотермическим режимом с остыванием, учитывая набор прочности впериодразогрева и остывания.