8.5. Методы зимнего бетонирования

Схватывание и твердение бетона представляют собой слож­ное физико-химическое явление. Образование и твердение це­ментного камня в процессе взаимодействия воды и цемента (процесса гидратации) последовательно проходят через две ста­дии: стадию формирования коагуляционной структуры и ста­дию формирования кристаллической структуры.

Находящаяся в цементном тесте или в бетоне вода может быть: химически связанной, т.е. вошедшей в гидратацию с ми­нералами цементного клинкера; физически связанной, т.е. на­ходящейся в виде пленок на поверхности зерен составляющих материалов, а также в их капиллярах: свободной — заполняющей поры между отдельными зернами составляющих бетона.

В первой стадии образования коагуляционной или связной структуры вода, обволакивая мелкодисперсные частицы цемен­та, образует вокруг них сольватные оболочки, которыми час­тицы сцепляются друг с другом.

Во второй стадии в цементном тесте возникают мельчайшие оча­ги кристаллизации, которые по мере интенсификации процесса гид­ратации превращаются в сплошную кристаллическую решетку.

Процесс кристаллизации определяет механизм образования и твердения цементного камня, т.е. роста прочности бетона.

Этот процесс может ускоряться, замедляться или приоста­навливаться вообще в зависимости от температуры бетонной смеси и наружного воздуха, а также адсорбирующей способно­сти цемента.

Наиболее благоприятная для твердения бетона положитель­ная температура воздуха находится в интервале от 15 до 20°С. Во многих регионах нашей страны в зимний период темпе­ратура наружного воздуха отрицательная, хотя строительство с применением бетона ведется круглогодично.

При наступлении отрицательных температур не прореаги­ровавшая с цементом вода переходит из жидкой фазы в твер­дую (лед) и как твердое тело в химическое соединение с цемен­том не вступает. В результате этого прекращается реакция гидратации и, следовательно, бетон не твердеет.

Одновременно в бетоне развиваются значительные силы внутреннего давления, вызванные увеличением объема воды (примерно на 9%) при переходе в лед.

В результате этого нарушаются кристаллические новообра­зования, которые при наступлении положительных температур уже не восстанавливаются.

Кроме того, после оттаивания вновь появляется свободная вода, которая обволакивает пленкой крупный заполнитель, препятствуя сцеплению между компонентами бетона. Из-за это­го нарушается монолитность бетона.

При раннем замораживании и последующем оттаивании резко снижается сцепление бетона с арматурой. Раннее замораживание бетона ведет к необратимым последствиям: уменьшается его проч­ность, морозостойкость и плотность; снижается водонепроницае­мость бетона и сопротивление воздействию агрессивных сред.

Сказанное выше не означает, что свежеуложенный бетон не может подвергаться замораживанию. На определенном этапе твердения бетона, когда он набрал некоторую прочность, бетон может быть заморожен, если такая необходимость возникает.

Минимальная прочность, при которой замораживание бе­тона уже не может нарушить его структуру и повлиять на рас­четную прочность, называется критической.

Бетон, набравший критическую прочность к моменту замер­зания, попав после оттаивания в нормальные условия тверде­ния, должен набрать проектную прочность.

Величина критической прочности зависит от марки бетона, вида и условий эксплуатации конструкций.

Для конструкций, подвергающихся сразу после затвердевания многократному замораживанию и оттаиванию или действию рас­четного давления воды, а также по специальным требованиям газо- и водонепроницаемости, критическая прочность равна 100%.

Бетон сборных конструкций к моменту монтажа должен иметь проектную прочность.

Прочность бетона к моменту замерзания должна быть ука­зана в ППР.

Анализ результатов испытаний показывает, что заморажи­вание бетона в раннем возрасте приводит к потере прочности примерно на 40%, которая не восста­навливается при последу­ющем твердении в услови­ях положительной температуры.

Замораживание бетона после набора критическое прочности практически не отражается на его механических ха­рактеристиках.

Скорость остывания бетона, уложенного в конструкцию, зависит от массив­ности этой конструкции.

Массивность конструк­ции определяется модулем поверхности М = F/V (1/см), где F— развернутая площадь боковых поверхностей, м²; а V — объем бетонируемой конструкции, м³.

При бетонировании в зимних условиях решаются следую­щие технологические задачи:

— обеспечение режима приготовления бетонной смеси с за­ранее обусловленной температурой выхода смеси;

— создание условий для минимального охлаждения бетон­ной смеси в процессе ее транспортирования и укладки;

— подготовка опалубки, арматуры и оснований под уклад­ку бетонной смеси;

— обеспечение тепло-влажностного режима выдерживания уложенной в конструкцию бетонной смеси, позволяющего ей в максимально короткие сроки набрать заданную прочность с возможностью восприятия расчетной нагрузки.

Приготовление, транспортирование и укладка бетонной смеси

Для поддержания нормальных условий твердения бетона при низких температурах создают запас тепла в бетоне и усло­вия его сохранения. Запас тепла в бетоне складывается из тепла, получаемого в результате химической реакции твердения це­мента и путем подогрева составляющих бетонной смеси: воды, песка и крупного заполнителя. Для их подогрева на бетонном заводе используют пар, горячую воду, горячий воздух.

Основной особенностью приготовления бетонной смеси в зимних условиях является обеспечение установленной расчетом температуры смеси по выходе ее из бетоносмесителя.

Приготовление бетонной смеси в зимних условиях произво­дится с учетом следующих особенностей:

— продолжительность перемешивания, как правило, следует увеличивать в 1,5 раза;

— при применении только подогретой воды в смеситель од­новременно с началом ее подачи загружают крупный заполнитель, а после заливки примерно половины требуемого количе­ства воды и нескольких оборотов барабана смесителя — песок, цемент и оставшуюся воду.

Заполнители для бетонов перед загрузкой в смеситель не должны содержать смерзшихся комьев, кусков льда, наледи на крупном заполнителе. Для уменьшения или исключения воз­можностей смешивания заполнителей со снегом их необходи­мо складировать высокими штабелями на возвышенных мес­тах, защищенных от снежных заносов.

Размораживание, оттаивание и подогрев заполнителей может производиться в открытых и закрытых штабелях, бунке­рах, сушильных барабанах и других устройствах с помощью дымовых газов и горячего воздуха. Подогрев воды для бетон­ной смеси наиболее просто и эффективно осуществляется пус­ком пара в холодную воду.

Наиболее важен подогрев воды, теплоемкость которой зна­чительно выше инертных газов.

Температура воды и заполнителей должна быть такой, что­бы бетонная смесь к моменту ее укладки имела расчетную температуру с учетом потерь при перемешивании и транспорти­ровке.

Наибольшими допустимыми температурами подогрева со­ставляющих бетонной смеси являются: воды — до 90°С, запол­нителей — до 60°С.

Температура подогрева составляющих подобранного соста­ва бетона в зависимости от заданной температуры бетонной смеси при выходе из бетоносмесителя определяется по форму­лам или номограммам.

Максимальная температура бетона на выходе из бетоносме­сителя должна быть не более 45°С.

В условиях зимнего бетонирования применяют цементы повышенных марок и быстротвердеющие цементы.

Транспортирование бетонной смеси должно осуществляться в закрытой утепленной таре. Места погрузки и выгрузки бето­на необходимо защищать от ветра и снегопада.

Теплопотери, связанные с транспортированием смеси от за­вода до стройплощадки, внутри стройплощадки, а также от воз­можных перегрузок смеси, должны быть минимальными. Вы­полнение этих условий позволит обеспечить температуру бетона в момент укладки, необходимую для принятого способа выдерживания бетона.

Укладка бетонной смеси в зимних условиях производится с учетом следующих особенностей:

— мерзлые основания из пучинистых грунтов до укладки бетон­ной смеси для предотвращения замерзания бетона в местах контак­та с основанием должны быть отогреты до положительной темпе­ратуры на глубину не менее 50 см и защищены от промерзания;

— отогревание грунтовых, бетонных, каменных оснований и контактных поверхностей может выполняться в местных теп­ляках из брезента, полиэтилена и т.п. Для обогрева тепляков возможно применение различных теплоносителей: горячего воздуха, пара низкого давления и т.д.;

— не допускается оттаивание мерзлых грунтов оснований с помощью пара либо поливкой горячей водой или растворами хлористых и других солей. Мерзлые грунты отогреваются только горячим воздухом.

При производстве бетонных работ с выдерживанием бетона в конструкции по способу термоса слой старого бетона, камен­ных и других конструкций в месте стыка с бетонируемой конст­рукцией должен быть отогрет на глубину, определяемую рас­четом и укрыт от замерзания до приобретения вновь уложен­ным бетоном требуемой прочности.

Бетонная смесь при термосном выдерживании может быть уложена на неотогретый старый бетон, скалу или непучинистый грунт, если по расчету в зоне контакта со старым бетоном (ос­нованием) на протяжении расчетного периода выдерживания бетона будет обеспечена температура выше 0°С.

Укладка бетонной смеси с последующим прогревом допус­кается на мерзлые непучинистые основания или на неотогретый старый бетон (скалу), очищенные от снега и наледи, при усло­вии, что к началу электропрогрева температура бетона в стыке (в зоне контакта) со старым бетоном будет не ниже +2°С, при этом примыкающие к стыку открытые поверхности грунта или старого бетона укрываются теплоизоляционным материалом.

Для предотвращения замерзания бетона, уложенного на неотогретое основание до начала прогрева бетона, допускается введение в бетон нитрита натрия до 10% от массы цемента.

Опалубка и арматура перед бетонированием очищаются от сне­га и наледи, например, струей горячего воздуха под брезентовым или полиэтиленовым укрытием с высушиванием поверхностей. Не допускается очистка наледи с помощью пара или горячей воды.

Арматура диаметром более 25 мм, прокатный профиль и закладные детали при температуре ниже -10°С перед укладкой бетона отогреваются до положительной температуры.

Все открытые поверхности укладываемого бетона после окончания бетонирования или по мере бетонирования отдель­ных участков, а также на время перерывов в бетонировании должны тщательно укрываться пароизоляционным материа­лом и утепляться в соответствии с теплотехническим расчетом. Температура в уложенном слое до его перекрытия следую­щим не должна снижаться ниже предусмотренной в технологическом процессе.

Порядок бетонирования монолитных конструкций, а также размещения рабочих швов при прогревных методах выдержи­вания бетона должны исключать возникновение температурных напряжений, превышающих расчетные.

Выдерживание бетона способом термоса.

Способ термосного выдерживания конструкций состоит в том, что уложенный в утепленную опалубку бетон при строго определенных условиях (начальной температуре бетона, тем­пературе наружного воздуха, скорости ветра, коэффициенте теплоотдачи опалубки) приобретает заданную прочность за время своего остывания.

Метод термоса обеспечивает замедленное остывание бетона. При этом методе используется тепло подогретых составляющих бетонной смеси (кроме цемента — он не подогревается) и экзотер­мическое тепло, выделяемое цементом в процессе гидратации.

Количество тепла в бетоне должно быть не менее теплопотерь при остывании конструкции до конечной температуры, т.е. до получения заданной прочности бетона.

При применении этого метода невозможно активно регули­ровать процесс остывания уложенного бетона, поэтому необ­ходимо строго соблюдать условия, изложенные в теплотехни­ческом расчете и обеспечивающие необходимую продолжи­тельность остывания бетона.

Метод термоса прост, экономичен и экологически чист. Об­ласть его применения: конструкции с модулем поверхности 25>М>3.

Если теплотехнический расчет не удовлетворяет требованиям производства работ, т.е. расчетное время остывания бетона не обес­печивает необходимой прочности конструкции, то расчет повторя­ют, варьируя следующими параметрами: изменяют конструкцию опалубки, уменьшая значение коэффициента теплоотдачи К_т увели­чивают расход цемента на 1 м³ бетона или принимают другой вид цемента с большим экзотермическим тепловыделением повышают начальную температуру бетона в пределах допустимых значений.

Электротермообработка бетона относится к методу искусственного прогрева, суть которого сводится к повышению темпе­ратуры свежеуложенного бетона до максимально допустимой и поддержанию ее в течение времени, за которое конструкция наберет критическую или заданную в проекте прочность.

К методам электротермообработки относятся: электродный прогрев, индукционный нагрев, метод греющего провода и т.п. Электротермообработка бетона при возведении монолитных конструкций в зимних условиях применяется для предотв­ращения замораживания бетона и ускорения его твердения при любой температуре наружного воздуха.

Электротермообработку бетона наиболее эффективно производить до приобретения им 50…60% проектной прочности. Дальнейшая тепловая обработка мало эффективна, так как нарастание прочности идет медленно, а расход электроэнергии резко возрастает.

Температурные режимы электротермообработки бетона ха­рактеризуются: скоростью подъема температуры, температурой изотермического выдерживания и его продолжительностью, скоростью остывания разогретой конструкции.

Для массивных конструкций в зависимости от модуля поверхности скорость подъема температуры 8…10°С в час. В тонкостен­ных конструкциях и в конструкциях, возводимых в скользящей опалубке, скорость подъема температуры — 15°С в час.

Изотермический прогрев производится при максимально, допустимой температуре: при модуле поверхности до 10 и в за­висимости от вида цемента от 75 до 90°С, а при М> 10 — в пре­делах 70…80°С.

Продолжительность изотермического прогрева может опре­деляться по графикам.

Во всех случаях разогрев бетона должен осуществляться при его температуре не ниже 2°С.

Наивысшая допустимая температура бетона при электротер­мообработке 90°С для конструкций с модулем поверхности М<10 и 80°С при модуле поверхности более 10.

Дополнительный прирост прочности за время остывания не учитывается. Данный режим рекомендуется для конструкций с М>10.

Режим разогрева, изотермического выдерживания и остывания рекомендуется для конструкций с 6 < М< 15. Требуе­мая прочность бетона наступает к моменту его остывания.

В случае если технологический процесс ограничен по време­ни, то может быть использован режим «разогрев-остывание», минуя этап изотермического выдерживания. Такой режим применяют для массивных конструкций с модулем по­верхности не более 8.

Для предварительно напряженных конструкций применяют ступенчатый подъем температуры. Сначала произ­водится подъем температуры до 40…50°С, потом изотермичес­кое выдерживание в течение расчетного времени (т₂= 1-3 ч). За­чует быстрый подъем температуры до 80…90°С (или максимально допустимой для данной конструкции) с изотер­мическим выдерживанием.

Заданная прочность может достигаться как к концу этого эта­па изотермического выдерживания, так и к моменту остывания конструкции за заданный период.

Так как термоэлектрообработка — процессе энергоемкий, то необходимо стремиться к его наименьшей продолжительности за счет использования быстротвердеющих цементов, составов бетона с минимальным в/ц, применения ускорителей тверде­ния, учета набора прочности бетона при его остывании.

Процесс термоэлектрообработки бетона требует повышен­ных мер электробезопасности. Электропрогрев армированных конструкций производится при напряжении не свыше 127 В, а для неармированных конструкций, греющей опалубки и в ряде других случаев допускается производство работ при напряже­нии до 380 В.

Сущность теплотехнического расчета при электротермооб­работке бетона заключается в определении удельной мощнос­ти, необходимой для разогрева 1 м³ бетона до необходимой заданной температуры и мощности, требуемой для изотермического прогрева 1 м³ бетона.

Электродный прогрев. Наиболее эффективным методом элек­тропрогрева является электродный прогрев. Он применяется при возведении монолитных конструкций при любой темпера­туре наружного воздуха.

При этом методе бетонная конструкция включается в элект­рическую цепь переменного тока как сопротивление, в результа­те чего электрическая энергия внутри бетона преобразуется в тепловую.

По виду и способу укладки электроды могут быть внутренними и поверхностными.

В первом случае используются внутренние электроды стержневые и струнные. Стержневые электроды выполняются из круглой арматурной стали диаметра 6…10 мм, которые устанавливаются в конструкцию через отверстие в опалубке или забиваются в момент бетонирования или после окончания укладки бетона.

После прогрева такие электроды не извлекаются и остаются в конструкции, что ведет к перерасходу металла.

Струнные электроды выполняются так же из арматурной стали, как и стержневые, и применяются для слабоармированных конструкций.

Струнные электроды представляют собой от­дельные прутки, устанавливаемые в бетоне вдоль оси конструк­ции. Применяются такие электроды для колонн, прогонов, ба­лок и в подобных конструкциях. Струнные электроды остаются в забетонированной конструкции.

Их закладывают до начала бетонирования звеньями по 2,5…3,5 м и закрепляют в опалубке. Концы звеньев струнных элект­родов загибаются под прямым углом и выводятся наружу через отверстия в опалубке.

Такой тип электродов создает неравномерное температурное поле.

Использовать вместо струн в качестве электродов арматуру про­греваемой конструкции можно, но не рекомендуется из-за того, что происходит пересушивание прилегающих к арматуре слоев бетона и, как следствие, уменьшается сцепление арматуры с бетоном.

Поверхностные электроды могут быть пластинчатыми, поло­совыми, нашивными и плавающими.

Пластинчатые электроды изготовляются из кровельной ста­ли, крепятся к деревянной опалубке и располагаются снаружи бетона на двух противоположных плоскостях конструкции , расстояние между которыми В 40 см.

Они обеспечивают равномерное температурное поле. Об­ласть применения пластинчатых электродов: конструкции неармированные или с негустой арматурой (колонны, балки, пе­регородки, стены и т.п.).

Полосовые электроды размещаются также как и пластинча­тые снаружи бетона. Они изготовляются из полосовой стали шириной 2…5 см и крепятся к внутренней поверхности деревянной опалубки. Электрический ток проходит между соседними Разноименными электродами.

При сквозном прогреве полосовые электроды располагаются с двух сторон обогреваемой конструкции , а при периферийном — с одной стороны.

Полосовые электроды по сравнению с пластинчатыми позво­ляют экономить металл, обеспечивая при этом достаточное рав­номерное температурное поле.

Периферийный прогрев применяется для прогрева внешних слоев бетона массивных конструкций с модулем поверхности М< 6. Температура при периферийном прогреве не превышает +40°С. Этой температуры достаточно, так как масса бетона со­держит значительный запас тепла, полученного при прогреве составляющих, и тепла экзотермического.

Толщина прогреваемого слоя при периферийном обогреве зависит от расстояния между электродами и равна половине этого расстояния.

Периферийный прогрев конструкций толщиной от 30 до 80 см можно осуществлять полосовыми электродами с двусторон­ним размещением, при этом температура периферийных слоев бетона не должна превышать температуры ядра конструкции во избежание образования трещин на поверхности бетона.

Областью применения двустороннего периферийного про­грева могут быть также колонны, балки, ленточные фундамен­ты, плиты перекрытий толщиной 30…40 см и т.п.

При электропрогреве особое значение имеет размещение электродов. Равномерность прогрева конструкции достигается правильной расстановкой электродов в бетоне. Неправильное их размещение и фазировка при подключении к электрической сети могут привести к нарушению заданного теплового режима и перегреву бетона, что вызовет выпаривание влаги из бетона и снижение его прочности.

При определении количества и размещения электродов не­обходимо исходить из соображений экономии электроэнергии и металла электродов.

Если арматурные стержни конструкции расположены вдоль направления движения тока, то во избежание искажения элект­рического, а значит и температурного поля, необходимо стро­го соблюдать расстояния между ними и стержневыми электро­дами. С этой целью применяют изоляторы — пластмассовые, текстолитовые, цементные и другие, которые крепятся с одной стороны к арматурному стержню, а с другой — к электроду, жестко фиксируя расстояние между ними.

При бетонировании горизонтально расположенных бетон­ных или имеющих большой защитный слой железобетонных конструкций применяют плавающие электроды — арматурные стержни, втапливаемые в поверхность.

Метод греющего провода и индукционный прогрев. Одним из перспективных способов обогрева бетона с использованием электроэнергии является обогрев греющим проводом, суть ко­торого заключается в том, что в обогреваемую конструкцию, до начала ее бетонирования, устанавливают стальной провод в пластиковой оболочке, через который в процессе обогрева по­дают электрический ток низкого напряжения (рис. 8.15). Диа­метр провода 1,1…2,0 мм.

Греющий провод должен выдерживать нагрузки, которым он подвергается в процессе бетонирования, противостоять воз­действиям отрицательных и высоких положительных темпера­тур и обладать достаточной упругостью.

Греющий провод должен быть полностью скрыт в бетоне, чтобы обеспечить ему полную передачу тепла.

Для равномерного прогрева необходимо обеспечить доста­точно короткий межпроволочный шаг.

В деревянной опалубке такой шаг должен быть не более чем двукратная толщина конструкции или 30 см. Для гарантии дос­таточности обогрева в конструкции предусматривается уста­новка не менее двух грею­щих проводов.

Метод греющего прово­да позволяет сократить расход стали в 7…10 раз по сравнению с традицион­ными методами электро­термообработки и значи­тельно сократить расход электроэнергии. Способ является простым и уни­версальным. С его помощью можно производить прогрев стыков сборных железобоетонных конструкций, предохранять грунтовые и искусственные основания от замерзания, возводить моно­литные конструкции, незави­симо от их толщины.

Расчет греющих проводов выполняется по специальной методике.

Еще одной разновидностью термоэлектрообработки бетон­ных конструкций является ин­дукционный прогрев. Метод основан на выделении тепла при протекании вихревых то­ков в стальной опалубке и ар­матуре конструкций, находя­щихся в электромагнитном поле индуктора.

Рис. 8.15. Схема установки греющего провода в конструкции: 1, 2 – греющие провода; 3 – запасной провод

При этом методе вокруг про­греваемого железобетонного элемента устраивают спираль­ную обмотку из изолированного провода — индуктора и включают его в сеть переменного тока. Роль сердечника (соленоида) выполняет арматура конструкции. Переменный электрический ток, проходя через индуктор, создает переменное электромагнитное поле. Электромагнитная индукция вызывает в металле (арматуре и стальной опалубке), находящем­ся в этом поле, вихревые токи. В результате этого металл нагрева­ется, передавая свое тепло бетону.

Индукционный прогрев в основном применяют для конст­рукций небольшого сечения: колонн, балок, а также бетона в стыках сборных конструкций.

Наиболее эффективен индукционный метод при бетонирова­нии густоармированных конструкций с модулем поверхности М>5.

Расчет параметров индукционного электрообогрева заклю­чается в определении числа витков и силы тока в индукторе.

Термоактивная опалубка и инфракрасный обогрев бетона.

В последние годы получило свое дальнейшее развитие такое направление зимнего бетонирования, как применение термоактивных опалубок (контактного нагрева бетона).

Под термоактивной опалубкой подразумевается опалубка, в состав которой включены греющие элементы. Теплоносите­лем может быть электрический ток, пар, разогретые минераль­ные масла и т.д.

Применение термоактивной опалубки рационально для пе­риферийного прогрева тонкостенных конструкций с большими поверхностями. Термоактивная опалубка состоит из дискретных греющих эле­ментов, которые могут объединяться в независимые группы, что позволяет подводить различное количество тепла к отдель­ным частям обогреваемой конструкции. Греющие элементы 1 размещены по боковым поверхностям, в нижнем поясе и на консолях верхней плиты. Необогреваемые поверхности снаб­жены теплоизоляцией. Температура изотермического прогрева -70°С, скорость разогрева бетона 10°С7ч, теплоноситель — пар.

Такая конструкция термоактивной опалубки в соче­тании с местной теплоизоляцией позволяет управлять темпера­турным режимом изделия не только во времени на всех этапах тепловой обработки, но и выравнивать или изменять темпера­турные градиенты в отдельных узлах или частях конструкции. Одним из направлений развития термоактивных (греющих) опалубок является покрытие из полипропилена, в состав кото­рого включают токопроводящий наполнитель и добавки, улуч­шающие физико-механические характеристики этого покрытия. Для обогрева открытых бетонных поверхностей, возводи­мых из монолитного бетона (перекрытия, полы, дорожные ос­нования и т.п.) при температурах до -50°С применяют различ­ные конструкции термоактивных гибких покрытий (ТАГП) с электронагревателями на основе углеродистых тканей. Они со­вмещают в себе функции нагревательного и паро-теплоизоляционного покрытия.

ТАГП могут изготавливаться путем горячего прессования и вулканизации пакета исходных материалов, в состав которых входит сырая резина. Пример устройства термоактивного гиб­кого покрытия приведен на рис. 8.16.

ТАГП по сравнению с электропрогревом, «плавающим электродами и электродными панелями значительно сокра ют расход стали и удельный расход электроэнергии (бол на 20%), а также снижают трудоемкость работ примерно 0.5 чел.-дн. на 1 м³ монолитного бетона.

Рис. 8.16. Конструкция термоактивного гибкого покрытия:

1 — защитный чехол; 2 — утеплитель; 3 — стеклохолст; 4 — углеродные ленточные электронагрсватели; 5 – стеклотканевая прокладка; 6 - вилочный разъем токопровода

Инфракрасный обогрев. В условиях отрицательных температур бетон, уложенный в неутепленную опалубку, может обо­греваться инфракрасным излучением. При инфракрасном обо­греве используют способность инфракрасных лучей: поглощаться телом и преобразовываться в тепловую энергию, повышая температуру этого тела, в нашем случае — бетона.

Тепло от источника инфракрасного излучения к нагреваемо­му телу передается непосредственно без какого-либо дополни­тельного устройства или переносчика тепла.

В качестве генератора инфракрасного излучения используют различные источники: электроспирали, кварцевые излучатели и т.д. Для создания направленного потока тепла излучатели заключают в плоские или параболические рефлекторы. В Фин­ляндии широкое распространение получили системы инфра­красного излучения с использованием малогабаритных уста­новок, работающих на сжиженном газе. Газ испаряется в емкостях и через предохранительные клапаны подается к горел­ке с излучением. В излучателе предусмотрено устройство, ко­торое не допускает подачу газа в погасший излучатель. Мощ­ность одного излучателя 1…1,2 кВт

Температура бетона при инфракрасном обогреве с исполь­зованием электроспирали с рефлектором может повышаться до 60…80°С, при этом продолжительность обогрева составляет примерно 15 ч, в том числе изотермическое выдерживание — 5 ч. При использовании в качестве инфракрасною излучателя электроспирали расход электроэнергии, в зависимости от ха­рактера конструкции, составляет 60…140 кВт ч на 1 м³ бетона.

Инфракрасный прогрев применяют при следующих техно­логических процессах: отогреве бетонных поверхностей, про­мороженных оснований, прогреве стыков омоноличивания, ускорения и твердения бетона при устройстве междуэтажных перекрытий, возведении стен, возведении высотных тонкостенных сооружений в скользящей опалубке и других случаях, когда контактный метод прогрева затруднен либо нецелесооб­разен.

Инфракрасный обогрев допустим только тогда, когда имеются необходимые технические средства контроля продолжи­тельности обогрева и его температурного режима.

Паропрогрев бетона начал активно применяться в нашей стране в середине двадцатых годов, когда остро встал вопрос о круглогодичности строительства.

Совершенствуя и модернизируя этот метод, отечественные строители использовали его до конца шестидесятых годов, пока он не был вытеснен высокоэффективными методами, суть кото­рых излагалась выше.

В настоящее время метод паропрогрева бетонных конструк­ций в построечных условиях практически не применяется.

Суть обогрева бетона паром заключается в создании тепло-влажностных условий, необходимых для сохранения положи­тельной температуры бетонной смеси, приготовленной на по­догретых составляющих и уложенной в конструкцию. Паро­прогрев осуществляется паром низкого давления.

Разновидностями паропрогрева являются: паропрогрев в тепляках, паровая рубашка, паропрогрев в капиллярной опа­лубке и пар, пропускаемый по трубам, заложенным внутри бе­тонируемой конструкции.

Тепляки представляют собой временные ограждающие со­оружения. Они могут быть объемными, т.е. охватывающими всю конструкцию, и секционными, ограждающими только часть бетонируемой конструкции.

Наиболее эффективны тепляки в виде легких надувных кон­струкций, которые возводятся и демонтируются за несколько часов с минимальными затратами труда.

Температура в тепляках поддерживается в пределах +5...10°С, поэтому процесс набора прочности бетоном доста­точно продолжителен.

Применение тепляков допускается в исключительных случа­ях при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Применение тепляков может быть технологически и эконо­мически оправдано в следующих случаях: для предотвращения попадания атмосферных осадков в зону бетонирования при возведении монолитных густоармированных конструкций с большой открытой горизонтальной поверхностью; при наличии дешевых энергоресурсов, например вторичных, на месте строительства; в целях создания благоприятных условий работающему персоналу в районах с сильными ветрами и суровы­ми климатическими условиями.

В этих случаях необходимо применять инвентарные сборно-разборные тепляки с каркасом из облегченных конструкций и утепленным покрытием или пневматические тепляки.

По данным ЦНИИОМТП общие затраты теплоты при бето­нировании в тепляках соотносятся следующим образом: на на­грев бетона — 8%, на нагрев тепляка и теплопотери – 92%.

Паропрогрев, однако, до сих пор используется при изготовлении сборных железобетонных конструкций в заводских условиях. Для ускоренного твердения бетона и быстрой оборачиваемости опалубочных форм забетонированные конструкции прогреваются в пропарочных камерах.

Паровая рубашка. Паропрогрев в паровых рубашках заклю­чается в том, что в монолитных конструкциях пар пропускает­ся в пространство между наружной поверхностью основной опалубки и поверхностью теплоизоляционной рубашки, ог­раждающей опалубку со всех сторон.

При устройстве паровых рубашек, образующих с опалуб­кой замкнутое пространство, необходимо стремиться к умень­шению зазора между ними (не более 15 см). Пар впускается в рубашку снизу по трубам и подается непрерывно.

Бетонирование конструкций необходимо производить без зна­чительных перерывов во избежание замерзания ранее уложенно­го бетона. Температура бетонной смеси, укладываемой в конст­рукцию, к началу пропаривания должна быть не менее +5°С.

Бетоны с противоморозными давками. Использование бетона с противоморозными добавками, так называемого «холодного бетона» основано на введении в воду затворения бетонной смеси солей хлористого натрия и хлористого кальция, благодаря которым значительно понижается точка замерзания воды, повышается подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси.

Введение солей в состав бетонной смеси позволяет последней твердеть при отрицательной температуре. Метод «холодного бетона» требует строгого выполнения технологии приготовле­ния бетонной смеси, состав которой определяется соответству­ющими нормативными документами.

Соли в состав бетона вводятся только в виде водных раство­ров соответствующей концентрации.

Для приготовления бетонной смеси могут применяться как подогретые, так и неподогретые материалы, но без примесей снега, льда и смерзшихся комьев песка и щебня. При работе на холодных заполнителях сначала загружаются щебень и песок, и одновременно заливается рабочий раствор с добавлением пластификатора. После их перемешивания в течение 1,5…2 мин загружается цемент. Общая продолжительность перемешива­ния не должна быть менее 5 мин. Температура бетона после ук­ладки и уплотнения должна быть выше температуры замерза­ния раствора затворения не менее чем на 5°С.

Противоморозные добавки по-разному влияют на свойства бетонной смеси. Общее количество солей хлористого кальция или натрия не должно превышать 7 % от массы цемента. Количество солевых добавок зависит от температуры наружи воздуха.

Применение бетонов с повышенным содержанием хлористых солей допускается при таких условиях, при которых в течение 15 суток твердения его температура не упадет ниже -15 °С: при этом критическая прочность бетона устанавливается не ниже 25% от проектной, но не менее 5 МПа.

Режим выдерживания «холодного» бетона определяется рас­четом и зависит от концентрации растворов хлористых солей.

Если температура «холодного» бетона в течение 15 первых суток его твердения опускается ниже расчетной, то его следует утеплять или обогревать.

Применение бетонов с противоморозными добавками имеет определенные ограничения. Их нельзя применять случаях: в конструкциях, подверженных динамическим нагрузкам; в предварительно напряженных конструкциях; в конструкциях, находящихся в непосредственной близости от высоковольтных линий электропередач и трансформаторных подстанций (не ближе 100 м); в конструкциях, соприкасающихся с аг­рессивными водами; в конструкциях, расположенных в зоне переменного уровня воды; в конструкциях, подвергающихся систематическому нагреванию в период эксплуатации до 60°С; при возведении дымовых и вентиляционных труб.

Применение в зимних условиях бетонов с повышенным со­держанием хлористых солей, твердеющих при отрицательной температуре, допускается в неармированных конструкциях или конструкциях с нерасчетной арматурой.

Укладывают и уплотняют бетоны с противоморозными до­бавками так же, как и обычные бетоны.

Предварительный разогрев бетонной смеси. Сущность бетонирования с предварительным разогревом бетонной смеси заключается в быстром подъеме ее температу­ры до 40…80°С перед укладкой в конструкцию, укладке ее в го­рячем состоянии и твердении бетона до заданной прочности (в процессе его остывания) в утепленной опалубке.

Предварительный разогрев бетонной смеси, кроме техноло­гических аспектов (увеличивается допускаемая продолжитель­ность транспортирования смеси), имеет еще и экономический: отпадает необходимость в подогреве составляющих на бетон­ом заводе и, соответственно, в технологическом оборудова­нии для этого процесса.

Долгое время единственным способом предварительного ра­зогрева бетонной смеси был электроразогрев. В последние годы появился не менее эффективный способ — пароразогрев.

Электроразогрев. Электроразогрев бетонной смеси произво­дится вблизи места ее укладки переменным электрическим то­ком промышленной частоты и напряжением 220 или 380 В в бункерах, бадьях и другой таре. В бетонную смесь погружают электроды, количество которых и расстояние между ними оп­ределяется расчетом.

Максимальная температура разогрева смеси определяется расчетом при следующих ограничениях: смесь на портландцементах – не более 80°С, а на шлакопортландцементах — до 90°С.

Следует отметить, что процесс электроразогрева бетонной смеси весьма энергоемкий. Так, например, для разогрева 1 м³ бетонной смеси до температуры 60 °С за 15 минут требуется 240 кВт, 10 минут — 360 кВт.

Кроме того, электроразогрев требует соответствующего электрооборудования, токоподводящих устройств и т.д.

При электроразогреве бетонной смеси выполняется целый комплекс мероприятий по электробезопасности.

Пароразогрев. Появление автобетоносмесителей позволило использовать для разогрева бетонной смеси не только электро­энергию, но и другие теплоносители, а именно технологичес­кий пар низкого давления, получаемый от стационарной ко­тельной или передвижного парогенератора. Пароразогрев основан на непосредственном вводе пара в смесь при переме­шивании. Для введения пара в смесительный барабан исполь­зуют гибкий термостойкий шланг.

Разогрев бетонной смеси паром, поступающим в барабан автобетоносмесителя, происходит вследствие тепла фазового перехода, выделяющегося при конденсации пара во время соприкосновения с бетонной смесью и стенками барабана смеси теля.

Пароразогрев может осуществляться по следующим схе­мам: загрузка автобетоносмесителя с теплоизолированным ба­рабаном уже разогретой смесью на бетонном заводе; разогрев бетонной смеси на пункте пароразогрева бетонного завода или в пути следования у специального пункта пароразогрева; ра­зогрев бетонной смеси на стройплощадке от передвижного па­рогенератора.

Имеется опыт применения предварительного пароразогрева бетонных смесей непосредственно в пневмонагнетателях, т.е. сочетания достоинств предварительного разогрева и трубопро­водного транспорта.