Бетонні роботи в зимових умовах

Бетонні роботи в зимових умовах

Які особливості бетонування при негативних температурах

Від вигляду і мінералогічного складу цементу залежить швидкість і глибина гідратації його зерен і, отже інтенсивність твердіння і кінцева міцність цементного каменя. Ці залежності будуть особливо великими за різних температурно-вологих умов, які мають місце при бетонуванні взимку. Тому раціональний вибір методу мал. 2.3.1 і режиму витримки| бетону в зимовий час треба проводити з урахуванням вигляду і мінералогічного складу цементу, а також вживаних добавок.

Гідратація цементу належить до екзотермічних, тобто супроводжується виділенням тепла, що при зимовому бетонуванні має велике практичне значення. Чим вищі активність цементу, його питома витрата і початкова температура бетону, тим при твердінні більше виділяється тепло. Чим конструкція масивніше, тим відносно менше буде втрата тепла через поверхню, вище температура і тривалість охолодження. У масивних конструкціях тепловиділення дуже тривале, а кількість виділеного тепла настільки велика, що обігрівати бетон не потрібно (до 50° С).

Шкідливий вплив заперечливих температур на бетон в ранньому віці позначається в наступному.

По-перше, при замерзанні вода, що міститься в бетоні, вільна, замерзає, і, як тверде тіло, в хімічну сполуку з цементом не вступає; тому реакція гідратації, а отже, і твердіння бетону не відбувається. Якщо до замерзання твердіння не розпочалося воно не розпочнеться і після замерзання, а якщо почалося, то припиняється на якийсь час, доки вільна вода в бетоні перебуватиме в твердій фазі; у бетоні настає так званий анабіоз.

По-друге, замерзаюча вода на 9% збільшується в обсязі; у порах бетону розвивається великий тиск, чому структура бетону порушується.

По-третє (найголовніше), вода, що скоплюється на поверхні крупного заповнювача, при замерзанні утворює тонку крижану плівку, яка порушує зчеплення між заповнювачем і розчином, необхідне для монолітності бетону.

При відтаванні замерзла вільна вода перетворюється на рідину, твердіння бетону поновлюється, і в ньому відбуваються ті ж процеси, що і до замерзанні, але вже при його структурі, що змінилася.

Зниження кінцевої міцності буде тим більше, чим в ранішому віці настало замерзання бетону. Воно найнебезпечніше в період схоплювання цементу; в цьому випадку неминуче не тільки значне зниження міцності, але і помітне порушення структури бетону. Настільки ж шкідливі і багатократні замерзання і відтавання бетону на початку твердіння, що можливо на початку і кінці зими, коли відлига змінялася заморожуваннями. Наслідки морозу особливо великі, якщо передчасно замерзлий бетон після відтавання не піддавався спеціальному догляду.

Раннє замерзання сильно знижує зчеплення бетону з арматурою, що має особливо велике значення для конструкцій, динамічних й вібраційних навантажень, що піддаються дії.

Замерзання в ранньому віці зменшує щільність бетону, чому збільшується водопроникність й знижується стійкість бетону проти вилуговування, вивітрювання і інших шкідливих дій.

Залежність між віком і міцністю бетону при замерзанні з якого видно, що при заморожуванні бетону після досягнення їм деякого віку (6 діб при 15°), що іменується критичним, втрата міцності бетоном, що тверднув потім в нормальних умовах різко знижується і складає близько 15% від R₂₈.

Мал 1. Залежність відносної міцності бетону на портландцементі| від температури| і тривалості прогрівання.

Якщо до заморожування витримувати бетон при температурі нижчої, ніж нормальна, цей термін збільшується, при вищій — зменшується. Оскільки|тому що| взимку застосовуються бетони, що готуються на цементах| з|із| різною інтенсивністю твердіння| в першу добу, те поняття про критичний вік краще замінити поняттям| критична міцність, прийнявши її в 25% від марки бетону.

Мал. 2. Залежність відносної міцності бетону від часу витримки при заморожуванні.

Величина критичної міцності характеризує опірність бетону механічним діям що ж до щільності і водонепроникності, то порівняно невелике зниження їх буде лиш| при заморожуванні бетону після досягнення 40% міцності від марки бетону.

Технічними умовами заморожування допускається після досягнення бетоном не менше 50% проектної міцності і не менше 5 МПа/см (для бетонів марки нижче 100), а для конструкцій пролітних будов мостів — не менше 70% проектної міцності, якщо проектом споруди або виробництва робіт не передбачені вищі вимоги до міцності бетону до моменту його замерзання.

Основними завданнями при зимовому бетонуванні є прискорення терміну тієї, що розпалубила конструкцій й передача на них в зимових же умовах хоч би неповного розрахункового завантаження|.

Видалення бокових щитів опалубки (при роботі в теплицях або весні) допускається після досягнення бетоном міцності 25 МПа незалежно від марки бетону; при цьому розпалублений бетон обов’язково оберігають від втрати вологи (вкривають і поливають). У інших випадках розпалубила може проводитися при тій же міцності бетону, як і що укладається в літніх умовах. Опалубку і утеплення треба знімати не раніше охолодження бетону в зовнішніх шарах до +5° С, не допускаючи примерзання опалубки до бетону. Для зниження перепаду температур в телі масивів і уникнення поверхневих тріщин в бетоні розпалублені конструкції повинні тимчасово ховатися, якщо різниця температур поверхневого шару бетону і зовнішнього повітря складає 30° С біля конструкцій з Мп > 5 і 20° для інших.

Прискорення твердіння бетону взимку має виключно велике значення. Воно може бути досягнуте за допомогою підвищення температури витримки бетону; застосування цементів підвищеної активності і відповідного мінералогічного складу; використання тих, що швидко тверднуть цементів| і бетонів; зменшення В/Ц і підвищення чистоти заповнювачів; збільшення тривалості перемішування; вібрації суміші при укладанні; використання прискорювачів твердіння|.

Взимку слід готувати бетонну суміш з мінімально допустимим за умовами легкоукладуваності водоцементним відношенням.

На інтенсивність твердіння бетону істотно впливає чистота заповнювачів. Особливо небезпечний взимку пісок, забруднений органічними домішками (звичайно гумусом), які не тільки знижують міцність розчину і бетону, але і уповільнюють твердіння в ранньому віці.

При збільшенні (до відомих меж) тривалості перемішування суміші відбувається повніша взаємодія між водою і зернами цементу, унаслідок чого прискорюється твердіння, дещо збільшується кількість того, що виділяється цементом тепла, підвищується міцність бетону, його однорідність, легкоукладуваність і водонепроникність. Тривалість перемішування суміші взимку проти норм літнього часу збільшується в середньому в 1,5 разу.

Вібрація дає можливість укладати жорсткішу суміш і при збереженні прийнятого В/Ц зменшити витрата цементу.

Прискорення твердіння найефективніше досягається введенням в бетони і розчини прискорювачів: хлористого кальцію, а також соляної кислоти.

Прискорююче дію цих добавок полягає в підвищенні розчинності вапно портландцементу і прискоренні розкладання мінералів клінкеру.

Рекомендовані методи зимового бетонування залежно від виду конструкції а табл.1

Таблиця 1

Як проводиться приготування бетонних сумішей в зимових умовах

Приміщення для зберігання цементу повинні мати щільні огорожі, що не допускають попадання снігу. При подачі цементу стислим повітрям це-ментопровід утепляють, а повітря зневоднюють, пропускаючи через фільтри, щоб уникнути утворення конденсату і цементної кірки на стінках трубопроводів.

Заповнювачі слід зберігати на сухих, піднесених і розчищених місцях, захищених від сніжних занесень. Замерзлі заповнювачі, що прибувають по залізниці, розпушують спеціальними розпушувальними установками.

При невеликих об'ємах робіт гравій доцільно заготовляти і промивати наперед, восени. При великих обсягах рекомендується переводити на щебінь, що не вимагає промивки, особливо якщо його дробили незадовго до використання. Якщо все ж таки заповнювачі доводиться промивати, то це роблять в зачиненому приміщенні, перед самим вживанням. Коли в заповнювачах немає мерзлих грудок, а морози невеликі, промивають звичайним способом.

Взимку залежно від стану матеріалів, умов і методу робіт доводиться підігрівати воду, а іноді і заповнювачі, якщо там є замерзлі грудки, а на крупних зернах — лід. Щебінь треба підігрівати до позитивної температури, цемент і дрібномолоті добавки не нагрівають.

Воду і заповнювачі нагрівають з таким розрахунком, щоб температура бетонної суміші при укладанні була не нижче потрібною. Крім того, повинен бути деякий запас тепла, що витрачається від моменту укладання до початку обігріву в конструкції, а при методі термоса — протягом всього періоду витримки бетону.

Температура матеріалів при завантаженні в змішувач і бетонної суміші при виході з нього повинні бути не вище вказаних табл

Таблиця 2

У змішувач одночасно з початком подачі підігрітої води завантажують крупний заповнювач, а після заливки половини необхідної кількості води і декількох оборотів барабана (чаші) змішувача — пісок і цемент. Тривалість перемішування бетонної суміші в порівнянні з літньою збільшується на 25—50%.

Нагрів води в резервуарах звичайно проводиться пуском пари в бак з водою або передачею тепла пари через стінки труб.

Нагрів заповнювачів. У будь-яких пристроях для відтавання і підігріву матеріалів передача тепла теплоносієм відбувається шляхом контактного або конвективного теплообміну. У першому випадку тепло від теплоносія передається від частинки до частинки матеріалу і повітря, що міститься між ними. У другому випадку матеріал підігрівається шляхом безперервного зіткнення з теплоносієм, при якому інтенсивність теплообміну значно вище, ніж в першому.

Заповнювачі нагрівають парою, що пропускається через масу матеріалів, що підігріваються, або суцільними паровими трубами. Перспективний нагрів в сушильних барабанах, що обертаються, в шахтних печах, в установках з продуванням димових газів через шар заповнювача, а також гарячою водою.

Нагрів заповнювачів може бути одноступінчатим, коли проводиться одночасно відтавання і підігрів матеріалів, і двоступінчатим, коли на одних установках їх тільки відтають, а на інших — підігрівають до розрахункових температур, що застосовують на крупних гидростройках.

Приготування бетонної суміші повинне проводитися в приміщеннях, що обігріваються; у них же звичайно підігрівають матеріали, а іноді і промивають гравій. Для збереження тепла і підвищення температури розміри бетоного заводу повинні бути мінімальними, а входи і виходи влаштовані так, щоб можливо менше втрачалося тепло. На сучасних будівництвах, як правило, будують бетонні заводи збірно-розбірної конструкції, в стінах і даху яких передбачено утеплення (звичайно дерев’яними щитами).

Розрахунок температур нагріву і теплозатрат. За наявності схеми операцій, передуючих початку витримки бетону, підрахунок зводиться до встановлення приватних втрат в градусах, їх підсумовуванню і визначенню t_{т CM} (як суми t_б.н. всіх приватних втрат). Після цього підбирають такі значення температур матеріалів, які забезпечили б потрібну t_т.см.. Підбір проводять по формулі Ріхмана — Ськрамтаєва

(1)

Температуру води слід призначати можливо вищої. Що ж до гравію або щебеня, то їх бажано приводити лише в талий стан, відігріваючи до 5°.

Таким чином, залишається тільки одне невідоме — температура піску, яку і знаходять по формулі

(2)

Якщо при першому підборі температура піску виявиться вище допустимою (табл.) або небажаною, то задані три температури міняють і розрахунок проводиться знову, поки не будуть отримані необхідні результати.

Наступний етап розрахунку — визначення кількості тепла, необхідного для нагріву води і заповнювачів від їх початкової температури t" до підібраної кінцевої tK.

Температура води з водопроводу звичайно не опускається нижче 5°; її і беруть за початкову. Температура заповнювачів, що зберігаються у відкритих штабелях, приймається рівній температурі зовнішнього повітря. Кінцева температура нагріву кожного з матеріалів визначиться як сума розрахункової температури нагріву даного матеріалу по формулі (2) і зниження його температури при транспортуванні від місця нагріву до бетономішалки.

Теплозатрати на нагрів води (Q) від t" до tK визначають по формулі

Q_в = y_b-c_b(t_k-t_h)v, ккал, (3)

де у_в — об'ємна вага води кГ/м3;

с_в— питома теплоємність води ккал/кГград;

v — об'єм води, що нагрівається, м3. При y_в= 1000 и с_в=1

Q.=(t_к-t_н)-1000v. (4)

Теплозатрати на нагрів мерзлих заповнювачів (Q₃) від t_н до t_к в загальному випадку визначають по формулі

Q₃ = vy_в [с_в| -(t_к -t_н)+ i₃ (0,5t_h+80 + t_k)], ккал (5)

де v — об'єм матеріалу, що підігрівається, м³;

y_b — об'ємна вага абсолютно сухого заповнювача, кГ/м ;

с₃— питома теплоємність заповнювача, ккал/кГ-град;

i₃ — відносна вагова вологість заповнювача %;

0,5 — питома теплоємність льоду, ккал/кГград;

80 — прихована теплота плавлення льоду, ккал/кГ.

Поверхня нагрівальних приладів, через які пропускають пару або гарячі гази при нагріві води і заповнювачів, визначається по формулі

(6)

де Q_max= Q_b +Q₃ — максимальна годинна потреба тепла для нагріву води (Q_b) і заповнювачів (Q₃), ккал; kкоефіцієнт теплопередачі нагрівального приладу, ккал/м²час-град;

t_t— температура теплоносія, визначувана для пари (по таблицях) залежно від його тиску, а для гарячих газів — як середня температура газів, що входять в нагрівальні прилади і виходять з них;

t_m— середня температура між початковою і кінцевою температурами матеріалів, що нагріваються.

Знаючи потрібну для нагріву кількість тепла в 1 годину, витрату палива (А) визначають по формулі

(7)

де Q — кількість необхідного тепла, ккал/година;

Этеплотворна здатність палива, ккал/кГ (береться з таблиць);

з — коефіцієнт корисної дії нагрівального пристрою

Мал. Підігрів топковими газами заповнювача в штабелі;

а — у відкритому штабельно-траншейному складі;

б — в напівбункерному складі;

1 — нагнітально-нагрівальний короб;

2 — відсипання з крупного заповнювача; 3 — всмоктуючий короб

Як проводиться транспортування бетонних сумішей в зимових умовах?

При транспортуванні бетонних сумішей необхідно вживати всі заходи до скорочення часу від моменту приготування замісу до надходження|вступу| бетонної суміші на місце укладання, користуючись рекомендаціями табл. 2.3.2. і не допускати розшарування суміші, втрат цементного розчину і заданої пластичності.

Таблиця 3. Гранично допустимий вік бетонної суміші до початку її укладання

Бетонну суміш слід транспортувати від місця приготування до місця укладання по можливості без перевантажень. Не слід допускати горизонтальних переміщень бетонної суміші, вивантаженої на місце укладання.

Максимальна висота вільного падіння суміші повинна бути не більше 3 м.

Бетонна суміш на час перевезення від вузла, бетонного розчину, до місця укладання в справу повинна бути обережена від шкідливих атмосферних дій (сніг, дощ).

При транспортуванні сумішей повинні бути прийняті заходи по оберіганню їх від охолоджування і намерзання на стінки баддь, кузовів, автосамоскидів:

тара, призначена для перевезення бетонної суміші, повинна бути ретельно утеплена, а після закінчення робіт очищатися від залишків суміші;

вантаження, перевезення і розвантаження сумішей повинні проводитися можливо швидше;

при великих морозах рекомендується використовувати гази, що відходять, для обігріву кузовів автосамоскидів і вкривати суміш, що перевозиться, утепленими покривалами;

приміщення, в яких знаходяться бетононасоси, повинні утеплятися і опалюватися;

галереї магістральних транспортерів слід утепляти і отаплювати над розподільними транспортерами бажано встановлювати брезентові покриття;

бетоноводи повинні бути утеплені на всьому протязі; утеплення рекомендується проводити повстю або шлаковатою з покриттям пергамином або толем з обмоткою дротом; відігрівання бетоноводів перед початком роботи слід здійснювати за допомогою гострої пари;

хоботи і віброхоботи, що знаходяться на відкритому повітрі, також повинні бути утеплені;

кінцева температура укладеного в конструкцію бетону або розчину залежить від стану температури зовнішнього повітря і тих тепловтрат, які матиме суміш при транспортуванні, перевантаженні і укладанні її в конструкцію.

Транспортування до місця укладання бетонної суміші, приготованої з підвищеними добавками хлористих солей, слід проводити звичайними способами, без утеплення транспортних засобів. Бетонну суміш слід захищати від попадання снігу.

Тепловтрати при перевезенні бетонної суміші в автосамоскидах і баддях можна за відсутності досвідчених даних визначати по наступній наближеній формулі:

t_б.н.=A t_б.т.+Bt_н.в. (8)

де

t_б.н — температура суміші після|потім| вивантаження з|із| транспортних засобів;

t_б.т -температура суміші при вантаженні|навантажуванні| в транспортні засоби;

t_н.в— температура зовнішнього повітря.

К-коефіцієнт теплопередачі суміші, завантаженої в кузов автомашини або баддю, в ккал/м² годину град;

М_п F/Vмодуль поверхні завантаженої суміші;

Fповерхня завантаженої суміші в м²;

Vоб'єм|обсяг| завантаженої суміші в м³;

tтривалість транспортування.

У разі перевезення суміші на автосамоскидах звичайних марок розрахунок по формулі може бути полегшений використанням значень, А до В, приведених для ряду термінів в табл. 3

Суміш занурюється на заводі в баддю, встановлену на автомашину, і в місці приймання вивантажується кранами в бункери або безпосередньо в бетоновані конструкції.

Таблиця 4. Значення, А до В при перевезенні бетонної суміші в автомашинах, укритих брезентовими фартухами

Примітка. Для інших термінів перевезення відповідні дані визначаються інтерполяцією або перерахунком.

Таблиця 2.3.4. Технічна характеристика основних типів бадьї, вживаних при перевезенні бетонної суміші

Таблиця 2.3.5. Значення, А і В для основних типів баддів

У чому полягає бетонування способом термоса?

Метод термоса полягає в тому, що твердіння бетону, укладеного на відкритому повітрі і утепленого, відбувається за рахунок тепла, внесеного в нього при приготуванні і що виділяється цементом при твердіння. Причому кількість тепла і утеплення бетону повинні бути достатніми для того, щоб він встиг придбати необхідну для тієї, що розпалубила міцність, перш ніж температура в якій-небудь його частині|впаде до 0. Витримка бетону методом термоса є найбільш економічним і простим у виробництві, оскільки не вимагає пристроїв по обігріву бетону в конструкціях, їх обслуговування і витрати електроенергії пари або палива. Неможливість регулювання охолодження бетону, залежного від температури зовнішнього повітря, вимагає попереднього розрахунку тривалості цього охолодження (встановлюючого можливість застосування методу термоса) і строгого дотримання умов, передбачених розрахунком.

Тривалість охолодження бетону за інших рівних умов (склад бетону, температура його і зовнішнього повітря, утеплення і ін.) залежить від масивності конструкції, яка характеризується відношенням суми охолоджуваних (зовнішніх) поверхонь F до об'єму V — модулем поверхні:

Мп = F/V (11)

Для колон і балок Мп визначають як відношення|ставлення| їх периметра до площі поперечного перетину. Чим менше за Мп, тим конструкція масивніше.

При застосуванні методу термоса звичайні каркасні конструкції замерзають до придбання бетоном необхідної міцності; масивні конструкції і при великих морозах остигають тривалий час, досягаючи міцності, яка допускає їх распалубливание взимку. Межі застосування методу термоса лежать у області конструкцій середньої масивності (Мп = 6…8).

Розрахунок витримки бетону повинен показати, що конструкція, що витримується, при прийнятих передумовах (вигляд, марка і витрата цементу, утеплення опалубки, початкова температура бетону і температура зовнішнього повітря) остигатиме до 0° при певній середній температурі бетону необхідний час. Для визначення умов, що забезпечують таку витримку бетону, може бути використано (при t_н.в. не вище -3°) рівняння теплового балансу, запропоноване Б. Р. Скрамтаєвим:

2400 0,25 t_н.в +ЦЭ=М_ц К б де 2400 — об'ємна вага бетону, кг/м3;

0,25 — питома теплоємність бетону, ккал/кгград;

Цвитрата цементу на 1 м бетону, кг;

Э — тепловиділення 1 кг цементу протягом z годинника (табл. 2.3.4), ккал;

А/ц — модуль поверхні конструкції;

До — коефіцієнт загальної теплопередачі огорожі опалубки і теплоізоляції, ккал/м²— чград;

апоправочний коефіцієнт, залежний від сили вітру, вологості

опалубки і утеплювача і ретельності пристрою теплозахисту;

z — тривалість охолодження бетону від температури його після укладання до 0°, ч;

t_cp.б — середня температура бетону за період охолодження до 0°;

t_н.в — передбачувана середня температура зовнішнього повітря за період охолодження бетону до 0°.

Розрахунок витримки бетону рекомендується проводити в такій послідовності: встановлюємо початкову температуру охолодження бетону після укладання t_б, максимально досяжну за умовами робіт, потім визначають середню температуру бетону за період охолодження 90° (t_cp.б) по формулі

(12)

де 1,03; 0,181 і 0,006 — емпіричні коефіцієнти.

По заданій міцності бетону до кінця витримки (у % від R₂₈) і набутого значення t_cp.б встановлюємо по табл. 2.3 .5 необхідний термін витримки бетону в добі п. Після цього, задаючись кількістю цементу Ц (на 1 м₃ бетону), його виглядом і маркою (для обліку экзотермії згідно табл.) коефіцієнтом, а і t_н.в, визначаємо необхідний коефіцієнт теплопередачі:

(13)

По набутого значення K відповідне йому утеплення підбираємо по таблицях або визначаємо із формули

(14)

де 0,05 — опір тепловіддачі;

а_1, а₂ — товщина шарів опалубки і утеплення, м; л_1,л₂— коефіцієнт теплопровідності матеріалу кожного з шарів огорожі ккал/м ч град (беруть з таблиць).

Задаючись завтовшки опалубки а_1, визначають товщину шару утеплювача _, а₂ (тирса, соломи і т. п.). Значення л для найбільш вживаних утеплювачів рівне: дерево сухе — 0,15 і вологе — 0,20; мох — 0,1; соломи — 0,05; комишит — 0,06; ошурки деревні - 0,08; листя або хвойні голки — 0,2; шлак котельний-0,4; пісок сухий-0,3; торф-0,1; повсть-0,04; шевелин — 0,05; толь — 0,2.

Для каркасних конструкцій слід застосовувати швидкотвердіючі (високих марок — 500 і вище) і високотермічні цементи. Для масивних конструкцій допускається портландцемент марок 400 і 300. Пуццоланові цементи марки не нижче 300 слід застосовувати тільки для великих масивів (дамб, засад мостів і т. п.), де вони іноді навіть бажані.

Температуру бетону, починаючи з укладання суміші і кінчаючи охолодженням до-2°, контролюють технічними, термометрами щодня 2 рази на добу. Для цього влаштовують свердловини завглибшки 5 — 10 см в найбільш характерних відносно охолодження шарах бетону і не менше ніж по одній в кожному з елементів. Результати спостережень заносять в журнал. По приватному від ділення суми свідчень термометра на кількість відліків встановлюють t_cp.б. Міцність бетону до моменту охолодження визначають шляхом випробування кубиків, що витримуються в однакових з конструкцією умовах, чи ж таким чином. При бетонуванні конструкції з робочого складу суміші в польовій лабораторії виготовляють 3 кубики, які зберігають (при t — 15°) до того дня, коли температура бетону в конструкції знизиться до 0°. Цього дня кубики випробовують і визначають дійсну міцність бетону в контрольованій конструкції.

Після визначення міцності бетону розв’язуєтьсяпитання про распалублива-нді конструкції і можливому її завантаженню.

При методі термоса можливо використання гарячої бетонної суміші, нагрітої могутнім електричним імпульсом в бункері

Твердіння бетону при витримці його по методу термоса відбувається в процесі його повільного охолоджування до 0 °C. За цей час бетон повинен придбати міцність, що дозволяє розпалубити конструкцію. Повільне охолодження бетону стає можливим дякуючи запасу теплу, який створений в ньому в результаті підігріву складових бетону і виділення тепла цементом в процесі твердіння.

Для зниження втрат тепла бетоном і подовження терміну твердіння опалубку утепляють, а укладений в конструкцію бетон зверху вкривають.

При бетонуванні каркасних конструкцій — могутніх колон, балок і ін. — повинні застосовуватися що швидко тверднуть цементи високих марок (не нижче 400), які не тільки швидко набирають міцність, але і виділяють при твердіння велику кількість тепла. Цим скорочується час, протягом якого бетон повинен бути обмежений від промерзання, а також підвищується запас тепла в ньому, тобто полегшуються умови термосної витримки бетону. Корисна добавка хлористого кальцію, завдяки якій прискорюється твердіння бетону, що дозволяє ширше використовувати метод термоса.

Утеплення опалубки призначається за розрахунком і повинно бути виконано без зазорів і щілин, особливо в кутках і місцях стиковки| теплоізоляції.

Ребра і кути охолоджуються найсильніше і повинні, мати посилену теплоізоляцію, для чого їх покривають додатковим шаром утеплювача. Додаткове утеплення кутів проводиться на відстані не менше 1,5 м від ребра. Бетон також сильно остигає в місцях стикання з раніше забетонованими ділянками, тому поверхні старого бетону у| місця стиковки з новим бетоном також утепляються (мал.)

Мал. Схема утеплення блоку масиву

l — блок, підготовлений до бетонування; 2 — старий бетон; 3 — утеплення;

Для зменшення продува утепленої опалубки і оберігання вологоємних теплоізоляційних матеріалів від зволоження слід прокладати з однією, а краще з двох сторін утеплювача шар толя, пергамина і ін.

Утеплення верхньої грані бетону, яке влаштовується негайно услід за закінченням бетонування, по своїх теплоізолюючих якостях не повинно поступатися утепленню опалубками.

Опалубка і утеплення конструкцій можуть бути зняті при температурах, що можливо більш наближаються до 0 °C, але обов’язково до примерзання опалубки до бетону. При великих морозах рекомендується зняту опалубку замінити гнучкими утеплювачами з тим, щоб віддалити процес промерзання бетону.

Як проводять електропрогрівання бетону?

Електропрогрівання можна здійснювати двома шляхами: застосуванням електродів для пропускання струму безпосередньо через свіжий бетон і електричними нагрівальними приладами або термоактивним шаром ошурків.

За допомогою електродів бетон прогрівають при знижених (до 50 — 100 в), але можна і при підвищених (127 — 380 в) напругах. У першому випадку використовують знижувальні трансформатори, а в другому — включають прямо в електричну мережу. Залізобетонні конструкції слід прогрівати при зниженій напрузі, що забезпечує точніше дотримання заданого режиму, а прогрев при підвищеній напрузі допускається тільки для неармованих конструкцій.

Для конструкцій з М_п? 5 електропрогрівання, як правило, застосовувати не слід. Проте він може бути з успіхом застосований і для вказаних конструкцій, якщо не нагріваючі методи витримки бетону в короткі терміни не можуть дати необхідну міцність (наприклад, для термінового монтажу устаткування) або необхідну міцність бетону в задані терміни; у цьому випадку рекомендується периферійне електропрогрівання (прогрів тільки зовнішніх шарів конструкції), яке може проводитися струмом зниженої і підвищеної напруг. При цьому внутрішні шари інтенсивно тверднутимуть за рахунок вельми сприятливих температурних умов, що створюються в них, і экзотермії цементу. Не слід прогрівати конструкції з| Мп > 20 пропуском електричного струму через бетон.

Використання приросту міцності бетону в процесі його охолодження, а також електротермоса і периферійного електропрогрівання може значно скоротити тривалість електропрогрівання, витрата енергії і розширити область його застосування. Для прогрівання бетону застосовується одноабо трифазний змінний струм нормальної частоти (50 періодів в сік). Постійний струм не застосовний, оскільки викликає електроліз води. У міру прогрівання і твердіння бетону, в наслідок зменшення кількості вільної води (частина якої хімічно з'єднується з цементом, а також випаровується), електричний опір зростає, сила струму зменшується і в ще більшому ступені зменшується кількість тепла, що виділяється, залежна, від квадрата сили струму. Відповідно знижується і температура бетону, що прогрівається. Це небажано, оскільки отримання батоном необхідної міцності в найбільш короткий термін відбувається| при ізотермічному процесі для заданої температури. Для підтримки температури необхідно зберігати силу струму, що досягається регулюванням напруги, що підводиться, за допомогою спеціальних трансформаторів.

Підведення струму до бетону. Від джерела струму звичайно через трансформатори, електроенергія по ізольованих дротах підводиться до розподільних щитів, від них — до софітів і, нарешті, до конструкцій, що прогріваються (мал.). Струм вводиться через електроди, що розташовуються в бетоні або на його поверхні. Сусідні або такі, що протилежать електроди сполучають з дротами різних фаз; таким чином, між електродами в бетоні утворюється електричне поле.

Використовувати як арматуру електродів в монолітних конструкціях звичайно не вдається, а в збірних це можливо тільки при абсолютно симетричній арматурі без відгинів. При цьому одна фаза приєднується до робочої і монтажної арматури, а друга (при трифазному струмі) і третя — до електродів.

Електроди поверхневі (нашивні і плаваючі) і внутрішні (стрижньов| і струнні). Нашивні електроди укріплюють через 10−20 см на внутрішній стороні опалубки вертикальних поверхонь, кінці загинають і виводять назовні для приєднання до ним дротів. Плаваючі електроди втоплюють на 2 — 3 см в свіжоукладений бетон і застосовують на верхніх поверхнях бетону, що не мають опалубки. Стрижньові електроди (мал.) є короткі прутики з обрізків 6 — 10-міліметрової арматурної сталі, що вставляються в бетон перпендикулярно подовжньої осі елементів. Кінці електродів випускають на 10 — 15 см з опалубки для приєднання дротів. Струнні електроди встановлюють по довжині або висоті елементу, що прогрівається, ланками в 2,5 — 3 м, кінці загинають під прямим кутом, виводять назовні і включають в ланцюг.

Рис.Розташування стрижньових і струнних електродів при прогріванні залізобетонних колон і балок:

В цілях усунення небезпеки місцевих перегрівів бетону і досягнення більш рівномірної його температури електроди розміщують групами: у кожну фазу включається не один, а група з декількох електродів. Одиночні електроди рекомендуються при прогріванні густо армованих конструкцій, перетинів і вузлів (див. мал), де групове розміщення важко здійсненно. Відстань між одиночними електродами повинна бути не менше 20 — 25 см при напругах до 65 в і 30 — 40 см — при вищих напругах.

Вибрана система електродів повинна забезпечувати такий опір в бетоні, при якому наявна шкала напруг дозволяла б пропускати через рябо необхідну кількість перетворюваної в тепло електроенергії. Не можна допускати стикання електродів з арматурою щоб уникнути короткого замикання. Робочі шви при бетонуванні розміщуються від ряду електродів, що знаходяться в бетоні, на відстані не більше 100 мм.

Режим прогрівання треба призначати з урахуванням конструкції, виглядуі активності цементу, необхідної міцності бетону і можливості накопичення її за час охолодження.

Підйом температури бетону при прогріванні монолітних бетонних і залізобетонних конструкцій повинен проводитися з інтенсивністю не зверху: 15° в годину — каркасних і тонкостінних конструкцій завдовжки до 6 м і конструкцій, що зводяться в ковзаючій опалубці; 10° в годину — конструкцій з М_п = 6; 8° в годину — конструкцій з М_п від 6 до 2.

Температура бетону при прогріванні не повинна перевищувати: при поверхневому і внутрішньому електропрогріванні 80 °C; при периферійному електропрогріванні конструкцій з М_п < 6 — температури 40° С.

Безтрансформаторний електропідігрів безпосередньо від мережі|сіті| можна здійснювати за допомогою електродів, нагрівальних приладів і термоактивного шару.

При напрузі 120 — 220 В допускається електродний прогрів| неармованого бетону і лише у виняткових випадках — з насиченням арматурою не більше 50 кГ на 1 м³. Якщо напруга рівне 220 і 380 В, електроди сполучають з нульовим дротом, дякуючи чому воно в бетоні в першому випадку знижується до 127 В, в другому — до 220 В.

Нагрівальними приладами є відбиті печі. Тепло розжареної спіралі, що поміщається у фокусі дзеркала печі, відображається від його параболічної поверхні паралельними променями і рівномірно нагріває поверхню бетону (звичайно тонких плит перекриттів).

Термоактивним шаром може служити шар ошурків в 15−20 см, який примикає до опалубки або толю, що покриває бетон. У товщі ошурків розташовують електроди (що підключаються до струму напругою 120 — 220 В), що нагрівають їх до 80 — 90°. Для підвищення електропровідності ошурки зволожують розчином будь-якої солі. Температура бетону регулюється періодичним включенням струму і повторним при цьому зволоженням ошурків.

Включення і виключення струму, спостереження за прогріванням, зміна напруги, усунення неполадок і вимірювання температури бетону здійснюється цілодобово черговими електромонтерами і контролерами температури. Автоматизація електропрогрівання дозволяє значно зменшити кількість чергових електриків і контролерів температури, а головне точно витримувати заданий режим прогрівання. Міцність бетону визначається згідно температурному режиму прогрівання.

Виробництво робіт на ділянках, що прогріваються, допускається тільки при напрузі не понад 60 В і в строгому дотриманні правил електробезпеки.

Як прогрівають бетон інфрачервоними променями

У технології зимового бетонування все більш широке застосування знаходить інфрачервоний нагрів.

В умовах будівельного майданчика переважні металеві і кварцеві трубчасті електричні випромінювачі. Разом з тим є вдалі приклади застосування газових пальників інфрачервоного випромінювання, які відрізняються довговічністю, високою щільністю і рівномірністю опромінювання, економічністю.

При інфрачервоному нагріві міцність наближається до міцності бетону нормального твердіння. Морозостійкість при обігріві не знижується, а усадка на 15 — 20% менше ніж у бетону нормального твердіння. Набір міцності відбувається інтенсивно. Так, при 80° С — оптимальному значенні температури для портландцементу — за 6 год. вдається одержати 70% необхідної міцності.

При прогріванні інфрачервоними випромінювачами, втім, як і у разі|в разі застосування| інших способів штучного прогрівання, необхідно стежити за втратами вологи. У бетону, що втратив більше 35% волога, надалі зростання міцності не спостерігається.

Наявні відомості підтверджують високі техніко-економічні показники даного способу. При прогріванні інфрачервоними променями бетону, що укладається в ковзаючій опалубці, були забезпечені оптимальні терміни бетонування і в 2 рази скорочені витрати на виконання робіт в зимовий час. Бетон прогрівали відразу на виході з опалубки за допомогою трубчастих електронагрівачів (ТЭНов), що добре працюють в умовах підвищеної вологості|. Для його оберігання від пересихання поверхню конструкції в зоні термообробки захищали полиамидной| плівкою, створюючою навколо бетону пересувну микропаронадійну камеру.

У зимовий час ТЭНи успішно застосовували при прогріванні тонкостінних конструкцій монолітних будівель, що зводяться в об'ємно-переставній опалубці. Нагрівачі встановлювали із зазором 5 мм позаду опалубки, а потім укладали шар термоізоляції, яку із зовнішньої сторони закривали захисним кожухом з фанери.

Дослідження показали, що для конструкції завтовшки 40 — 60 мм якнайкращими є режими: 2 + 4 + 2 г, при ізотермічному прогріванні 95 — 98 °C які були виготовлені на шлакопортландцементі і 3 + 5+2 г, при температурі ізотермії 80 — 85 °C які були виготовлені на портландцементе причому до моменту распалубливания досягається 65 — 83% проектної міцності і усадка бетону менше, ніж у бетону нормального твердіння|.

Джерелом інфрачервоних (теплових) променів служать ТЭНи потужністю 06… 1,2 кВт з робочою напругою 127; 220 і 380 В, керамічні стрижньові випромінювачі діаметром 6…50 мм, потужністю 1…10 кВт, кварцеві трубчасті випромінювачі і інші засоби.

Для створення направленого потоку інфрачервоних променів застосовують відбивачі параболічного, сферичного або трапецеїдального типа. Інфрачервоні установки в комплекті з відбивачами і підтримуючими пристроями використовують для прогрівання конструкції, елементів стін, підготовки під підлоги плиткових конструкцій, стиків великопанельних будівель, що зводяться в ковзаючій опалубці, тонкостінних.

Мал. Схеми інфрачервоних установок:

При зведенні стін в щитовій і об'ємно-переставній опалубці застосовують односторонній обігрів випромінювачами сферичного типа (мал). Для забезпечення прогрівання всієї площини стіни відбивачі розташовують на різних рівнях на телескопічних стійках 4 і на розрахунковій відстані від стіни.

При зведенні конструкцій в ковзаючій опалубці бетон, що виходить з опалубки, прогрівають двостороннім розташуванням інфрачервоних випромінювачів (мал.). Їх підвішують до щитів опалубки або розміщують на підвісних опорах. Щоб виключити втрати теплоти, що зводяться конструкції ізолюють від навколишнього середовища брезентовим чохлом, що виконує роль теплиці.

Для прогрівання стиків збірних залізобетонних конструкцій великопанельних будівель застосовують різні типи нащілинників (мал.) у вигляді прямокутних коробів (при пристрої плоских стиків елементів) або сегментних (для стиків, розташованих під прямим кутом).

Для кращого поглинання інфрачервоного випромінювання поверхню опалубки покривають чорним матовим лаком. Температура на поверхні бетону не повинна перевищувати 80…90° С.

Інфрачервоні установки розташовують на такій відстані один від одного, щоб прогрівалася вся поверхня бетону.

Інфрачервоний обігрів забезпечує хорошу якість термообробки бетону за умови дотримання теплового режиму витримки бетону.

Як прогрівають бетони індуктивним методом

Ідея індукційного прогрівання залізобетонних конструкцій в зимових умовах заснована на добре відомому в електротехніці явищі. Якщо в струмопровідну котушку-індуктор помістити сталевий сердечник і пропускати по котушці змінний струм, навколо неї виникає електромагнітне поле. Пронизуючи сталевий сердечник воно порушує в ньому вихрові струми. Оскільки сталевий сердечник володіє електричним опором, енергія вихрових струмів, згідно закону Джоуля-Ленца, перетворюється на тепло.

Індукційний прогрів знаходить вдале застосування при прогріванні колон, рам, окремо вартих балок, ригелів, прогонів, особливо в сталевій опалубці, стиків і інших конструкцій.

Для прогрівання застосовують дротяні і інвентарні роз'ємні індуктори. За наявними даними, на установку дротяного індуктора потрібно більше 0,4 на 1 м² поверхні бетонованої конструкції. Висока трудомісткість пристрою дротяних індукторів зажадала створення індустріальних конструкцій обігрівачів.

Індукційний прогрів ведеться в діапазоні напруг 50 — 121 В. Для пониження напруги застосовують зварювальні або масляні знижувальні трансформатори.

Розроблені рекомендації, що обмежують значення максимально допустимих швидкостей підйому температури при індукційному прогріванні (табл.).

Технологія виробництва робіт із застосуванням індукційного прогрівання, особливо при використанні інвентарних індукторів, достатньо проста. До бетонування, у разі потреби, може бути обігрітий арматурний каркас для видалення нальоту.

Таблиця 2.3.6. Максимально допустимі швидкості підйому температури

Укладати і ущільнювати бетонну суміш рекомендується після установки індуктора, щоб уникнути зайвого охолоджування свіжоукладеного бетону.

Після бетонування відкриті поверхні конструкції, а у разі потреби і опалубку, вкривають теплоізоляційним матеріалом. Потім влаштовують свердловини для виміру температури і приступають до прогрівання.

Після нагріву бетону до розрахункової температури прогрів припиняють або переходять на ізотермічний режим з подальшим охолодженням.

Ізотермічний прогрів забезпечують шляхом перемикання індуктора на нижчу напругу або періодичного включення і відключення напруги

У всіх випадках необхідно, забезпечувати строгий контроль за коливаннями температури, яка не повинна перевищувати розрахункову більш ніж на +5° С. После закінчення прогрівання треба стежити за швидкістю охолодження бетону, яка не повинна бути більше 5 град/ч для конструкцій з|із| модулем поверхні від 6 до 10, 12 град/ч — при модулі більше 10 і 15 град/ч — для густоармированных конструкцій з модулем поверхні більше 10. При великих швидкостях охолодження необхідно додатково утепляти опалубку або періодично включати струм.

Витримку бетону при низькій позитивній температурі (+5° С) з метою підвищення його якості організовується при індукційному прогріванні таким чином: для підтримки необхідної температури протягом часу витримки (2— 3 ч) включають індуктор періодично через кожну годину на 15— 20 мин.

Мал. Схема індукційного прогрівання

Індукційний прогрів особливо ефективний при прогріванні каркасних конструкцій, густо насичених арматурою, а також конструкцій, що бетонуються в сталевій опалубці.

При індукційному прогріванні по зовнішній поверхні опалубки елементу (наприклад, колони) укладається послідовними витками ізольований дріт-індуктор (мал.). При пропусканні через індуктор змінного струму навколо нього створюється змінне электромагнітне поле, що індукує в сталевій арматурі і опалубці (із сталі) струми, що нагрівають сталь, а від неї - за рахунок теплопроводности і бетону.

Крок витків дроту і кількість витків визначаються розрахунком, відповідно до якого виготовляються шаблони з пазами для укладання витків індуктора. Попередній прогрів арматури не потрібен. За умовами техніки безпеки прогрів ведуть при знижених напругах (36 — 120 В).

Як проводять паропрогрів бетону в умовах негативних температур?

Паропрогрев полягає в створенні за допомогою пари сприятливих тепловологих умов витримки бетону, сприяючих прискореному його твердінню. Піддавати пропарюванню можна бетони будь-яких видів. Паропрогрев проводиться при відносній вологості середовища 95 -100%, що досягається подачею пари від казана низького тиску, а при тиску в казані більше 0,7 впропуском пари через воду для зволоження. Паропрогрев монолітних: конструкцій доцільний лише за наявності дешевої пари, неможливості здійснення електропрогрівання або неприпустимості його із-за висушування бетону (для тонкостінних конструкцій). Ефективність пропарювання в значній мірі залежить від мінералогічного складу цементного клінкеру і властивостей введених добавок.

При обігріві монолітних конструкцій температуру в бетоні треба піднімати з швидкістю не більше: 5° в годину — конструкцій з М_п < 6; 8° в годину конструкцій з Мп > 6; 15° в годину (сильно армованих конструкцій довжиною до 6 м. Температура бетону при паропрогріві не повинна перевищувати 70°; 80° - при застосуванні портландцемента і 95° - шлакопортландцементної і оберіганні бетону від зайвої втрати вологи. Швидкість охолодження монолітного бетону після закінчення прогрівання не повинна перевищувати 10° в час.

Монолітні конструкції можна прогрівати за допомогою парової лазні, парових сорочок, капілярної опалубки (вертикально розташованих елементів) і труб, що закладаються в бетон.

Паропрогрев фундаментів в окремих, котлованах (при дренуючих грунтах) може здійснюватися пуском пари в укриті котловани, що називається паровою лазнею.

Паровими сорочками є огорожі, що створюють навколо пропарюваної конструкції замкнутий простір, в який пускають пару. Огорожі сорочок повинні бути щільними, паронепроникними, малотеплопровідними і відстояти від опалубки або бетону не більше ніж на 15 см. Сорочки роблять з щитів і забезпечують відведення конденсату. Парові сорочки колон і стін через 3 — 4 м розділяють на відсіки з подачею пари в кожний з них. Введення пари в сорочки балок і арок здійснюється через 2 — 3 м по їх довжині, а в сорочки плит — на кожні 5 — 8 м² поверхні.

Мал. Пристрій парової сорочки при складному перетині ступінчастого перекриття і окремих балок:

Капілярна опалубка (мал.) — видозмінена звичайна опалубка, в якій із сторони, зверненої до бетону, у дощок скошують кромки і одержують вузькі трикутні пази — капіляри, що перекриваються смужками покрівельної сталі. Останні щільно пришивають до дощок 25-міліметровими цвяхами через кожні 15 см. У ці пази і пропускається пара.