Бетонирование в зимних условиях

Бетонирование в зимних условиях позволяет сокращать сроки строительства, но при этом необходимо предохранять бетон от замерзания в течение срока твердения, необходимого для приобретения им 50 %-ной проектной прочности.

Для сокращения сроков твердения бетона до 3…5 сут применяют высокопрочные и быстротвердеющие цементы (портландцемента М 400, 500 и глиноземистый цемент), пониженное водоцементное отношение(В/Ц) и интенсивное уплотнение бетонной смеси, а также вводят в бетонную смесь ускорители твердения (хлористый кальций и др.).

Внутренний запас тепла создают путем подогрева составляющих бетонной смеси (воды, песка и щебня или гравия) в такой мере, чтобы температура бетонной смеси по выходе из бетоносмесителя не превышала 30°С, так как при более высокой температуре она быстро густеет и теряет удобоукладываемость. Воду для затворения можно подогревать до 80°С, заполнители— до 40°С. Кроме того, тепло, выделяющееся при химической реакции цемента с водой (экзотермия цемента), препятствует охлаждению конструкции.

Чтобы сохранить запас тепла в течение определенного срока, конструкции со свежеуложенной бетонной смесью покрывают теплоизоляционными материалами (опилками, шлаком, камышитом, шевелином); толщина покрытия определяется теплотехническим расчетом. Указанный способ носит название «термос». Применяется он для бетонирования массивных конструкций, имеющих модуль поверхности (отношение охлаждающейся поверхности бетона к его объему) не более 6.

Читай также на http://stroivagon.ru добавки для бетона

В тонких конструкциях, а иногда и в массивных свежеуложенную бетонную смесь подогревают снаружи паром или электрическим током (электропрогрев). Пар для обогрева бетона с температурой 50…80°С вводят между стенками двойной опалубки или в каналы, вырезанные с внутренней стороны опалубки; иногда его пропускают по трубам, уложенным внутри бетона. Такой способ дает возможность получить через 1…2 сут прочность, равную 60…70% от 28-суточной.

Электропрогрев бетона производят переменным током. Ток передается электродами двух типов: поверхностными (в виде стальных пластинок, укладываемых на поверхность) и внутренними (в виде стальных стержней, уложенных в горизонтальном или вертикальном направлении). При изготовлении железобетонной конструкции в качестве одного из электродов используют арматуру.

 

При прохождении через бетон электрического тока выделяется тепло, в результате чего бетон разогревается и быстро твердеет. Однако подогреваемый бетон должен иметь температуру не выше 60°С. Иначе возможна местная пересушка бетона.

Прогрев бетона в зимнее время

Применение бетона в зимних условиях при среднесуточной температуре ниже +5°С и минимальной суточной температуре ниже 0°С имеет ряд существенных особенностей. При пониженной температуре замедляется гидратация цемента, поэтому прочность бетона нарастает медленно. При температуре от — 3 до — 6°С вода в бетоне замерзает, практически прекращаются процессы гидратации вяжущего и твердения бетона. После оттаивания при наличии жидкой воды эти процессы возобновляются, и бетон продолжает увеличивать свою прочность (рис. 1).

Рисунок-1. Влияние замораживания при температуре — 5°С на дальнейшее нарастание прочности бетона на портландцементе:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 — заморожен через 1 сут нормального твердения; 2 — через 3 сут; 3 — через 7 сут; 4 — через 10 сут; 5 — нормальное хранение (по С. А. Миронову

 

Вода в бетоне замерзает при температуре ниже 0°С, так как она содержит в растворенном виде гидрат окиси кальция и другие вещества. Бетон, замороженный в раннем возрасте, т. е. вслед за укладкой, имеет после оттаивания и последующей выдержки рыхлую структуру, низкую прочность и морозостойкость. Это объясняется тем, что свежеуложенный бетон содержит много воды, которая при замерзании расширяется, разрыхляет цементный камень и нарушает сцепление заполнителя с цементным камнем.

Поэтому зимнему бетону нужно создать самые хорошие тепловые и влажные условия начального твердения. Они помогут бетону быстро, за 2 — 3 сут, приобрести прочность около 8 — 12 МПа, позволяющую ему справиться с последующим замерзанием. К моменту замораживания бетон М200, M300 должен приобрести не менее 40%, а бетон М 400, М 500 — не ниже 30% марочной прочности.

Бетон железобетонных конструкций с предварительно напряженной арматурой выдерживают до приобретения им 70% проектной прочности. Выдержка бетона до получения 100%-ной прочности требуется в тех случаях, когда предъявляются специальные требования по морозостойкости, водо- и газопроницаемости.

Режимы нагрева бетона в зимних условий влияют на качество бетонируемых конструкций, а также на затраты в единицу времени.Качество конструкций, бетонируемых в зимних условиях с применением методов искусственного прогре­ва, в значительной степени зависит от режимов нагрева бетона. Качество конструкций, бетонируемых в зимних условиях с применением методов искусственного прогрева, в значительной степени зависит от режимов нагрева бетона.

Способ термоса

Способ термоса является самым экономичным способом твердения бетона в зимнее время. По этому способу теплую бетонную смесь укладывают в утепленную опалубку, после укладки и уплотнения смеси открытые поверхности бетона утепляют несгораемыми теплоизоляционными материалами. Поддержанию положительной температуры в бетоне способствует выделение тепла гидратации цемента. Поэтому желательно применять для зимнего бетона быстротвердеющий портландцемент, отличающийся не только быстротой твердения, но и высокой экзотермией.

Внутренний запас тепла в бетоне создают, применяя теплые бетонные смеси, приготовленные на подогретой до 60 — 90°С воде и подогретых до 40 — 60°С заполнителях; цемент не подогревают. Бетонная смесь при выходе из бетоносмесителя должна иметь температуру не выше 35 — 45°С во избежание ее быстрого загустевания, а смесь на глиноземистом цементе — не выше 25°С. Транспортируют бетонную смесь в предварительно прогретых кузовах бетоновозов и таре, укрывают смесь теплоизоляционным материалом.

Область применения экономичного способа термоса значительно расширяется, если его сочетать с электроразогревом бетонной смеси перед ее укладкой в опалубку.

Электроразогрев бетонной смеси

Электроразогрев бетонной смеси до температуры 70 — 80°С осуществляют в специально оборудованных для этого бункерах (рисунок-2, рисунок-3) и бадьях, а также в кузовах автомобилей; в процессе разогрева смеси емкость должна соединяться с проводом, идущим к защитному заземлению, Разогрев производят на огороженной площадке с соблюдением правил охраны труда.

Рисунок-2. Схема бункера для подогрева бетонной смеси электрическим током:

 

 

 

 

 

 

 

 

1- отбойный брус; 2-электроизоляция;3-защитная пластина; 4-пластинчатые электроды; 5-затовр; 6-подключение нулевого провода.

Прогрев бетона с использованием пара, электрической энергии или теплового воздуха применяют только при бетонировании тонких конструкций, когда методом термоса нельзя достигнуть «распалубочной» прочности бетона в установленные сроки.

Обогрев бетона паром

Обогрев бетона паром осуществляют, пропуская его между двойной опалубкой, окружающей бетон , или по металлическим трубам, находящимся в бетоне или по каналам, вырезанным в опалубке.Последний способ паропрогрева ( в капилярной опалубке) применяют для колонн и стен. Паропрогрев производят насыщенным паром, чтобы не допустить высушивания бетона.

Рисунок-3. Укладка разогретой бетонной смеси

 

 

 

 

 

 

 

 

Предусматривают мероприятия для удаления конденсата и предотвращения образования наледи. В течении двух суток прогрева паром с температурой 60-80°С прочность бетона достигает 55-65% от проектной макрки.Однако всем способам паропрогрева свойственны общие недостатки: необходимость использования громоздкого и дорогого паросилового хозяйства, коммуникаций и устройств для осуществления паропрогрева , низкий коэффициент полезного действия этих устройств .

Использование электрического тока для прогрева бетона позволяет избежать этих недостатков. Однако электропрогрев эффективен только при строгом контроле за процессом прогрева  и осуществлением мероприятий по охране труда. Использование электрического тока для прогрева бетона позволяет избежать этих недостатков. Однако электропрогрев эффективен только при строгом контроле за процессом прогрева и осуществлением мероприятий по охране труда.

Электропрогрев

Электропрогрев бетона армированных конструкций осуществляют, пропуская через бетон переменный ток напряжением не выше 127 В.Прогрев бетона при напряжениях 127 и 220 В допускается только на основании специально разработанного проекта производства работ.

Неармированные бетонные конструкции могут прогреваться при напряжениях до 380 В, так как исключается возможность короткого замыкания на арматуру. Электропрогрев бетона производят с соблюдением правил охраны труда. В частности, его прекращают в сырую погоду; допускаемое напряжение снижается до 60 В, если в данном месте ведутся другие работы.

При использовании любого способа прогрева бетона температура бетонной смеси, уложенной в опалубку, перед прогревом должна быть не ниже +5°С. Нагревают бетон постепенно во избежание высушивания и появления трещин со скоростью 8 — 15°С в 1 ч и доводят температуру до 60 — 80°С в зависимости от вида применяемого цемента и модуля поверхности. По мере твердения влажность бетона снижается, электрическое сопротивление возрастает, поэтому напряжение приходится постепенно повышать. В течение 1,5 — 2 сут прогрева бетон приобретает 50 — 60% проектной прочности. Остывание монолитного бетона после прогрева тоже должно быть постепенным — со скоростью 5 — 10°С в 1 ч.

Индукционный прогрев

Индукционный прогрев густоармированных монолитных конструкций избавляет от опасности замыкания электродов на арматуру, его применяют для каркасных конструкций, возводимых в металлической и неметаллической опалубке. Однако количество тепла, выделяемого в конструкции с металлической опалубкой, будет больше, так как здесь увеличивается площадь источников тепла.

При индукционном прогреве вокруг обогреваемой конструкции укладывают индуктор — витки изолированного провода. У торцов конструкции, соприкасающихся с холодным воздухом, витков больше, чтобы компенсировать потери тепла. Для сохранения тепла поверхности укрывают теплоизоляционным материалом. Скорость индукционного разогрева конструкций с модулем поверхности от б до 10 равна 5 — 10°С, а продолжительность прогрева зависит от требуемой прочности бетона.

Индукционный прогрев бетона выгодно отличается от электропрогрева: не нужно тратить металл на электроды, более равномерный прогрев бетона, поэтому качество бетона густоармированных каркасных монолитных конструкций более высокое.

Обогрев инфракрасными лучами

Обогрев инфракрасными лучами применяют при зимнем бетонировании монолитных железобетонных конструкций и при заделке стыков раствором и бетоном. Для обогрева бетона применяют генераторы инфракрасного излучения в виде стержней и трубок, нагреваемых до 600 — 1000°С. Поверхность конструкции покрывают влагонепроницаемой (например, полиамидной) пленкой, предотвращающей испарение воды из бетона. Синтетическая пленка хорошо пропускает инфракрасные лучи (поглощение не превышает 5 — 10%).

Данный метод привлекает простотой генерирования инфракрасного излучения, возможностью направлять поток излучения рефлекторами. Однако прогрев лучистой энергией действует на слой бетона толщиной 15 — 20 см, поэтому он пригоден для сравнительно тонких монолитных конструкций. При бетонировании массивных и железобетонных конструкций инфракрасный прогрев можно использовать как своеобразную тепловую защиту в сочетании с методом термоса.

Безобогревный метод

Безобогревный метод зимнего бетонирования (или метод «холодного» бетона) отличается простотой и дешевизной. Бетонную смесь приготовляют на воде, в которой растворены соли, понижающие температуру ее замерзания и ускоряющие твердение бетона, поэтому свежеуложенный бетон не замерзает даже при сильном морозе, на холоде продолжаются химические реакции гидратации цемента, и бетон набирает прочность.

Лучшими противоморозными добавками являются хлористые соли натрия и кальция, которые рекомендуется применять одновременно, а также поташ (К2СО3) и нитрит натрия ^NaNO 2. Понижение температуры замерзания воды затворения пропорционально концентрации растворенного вещества в растворе. Поэтому оптимальная добавка соли возрастает при усилении морозов (табл. 1).

Таблица-1. Количество противоморозных добавок, % от массы цемента

 

 

 

 

 

 

 

Раствор солей — электролитов усиливает коррозию стальной арматуры, поэтому бетоны с противоморозными добавками нельзя применять в предварительно напряженных конструкциях.

Сильные электролиты ^{NaCl+ CaCl} 2 можно использовать только в конструкциях неармированных или армированных нерасчетной арматурой с защитным слоем не менее 5 см. Добавки же поташа и нитрита натрия можно использовать при бетонировании как бетонных, так и обычных железобетонных монолитных конструкций. Хлористые соли и поташ сильно ускоряют схватывание бетонной смеси, поэтому нередко эти добавки сочетают с замедлителями схватывания портландцемента.