Заказать обратный звонок

Наш телефон

093-10-10-100

068-310-0-310

БЕТОНИРОВАНИЕ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ. 

Как известно, бетон является искусственным камнем, получаемым в результате твердения рационально подобранной смеси цемента, воды и заполнителей. Согласно современным представлениям, образование и твердение цементного камня проходят через стадии формирования коагуляционной и кристаллических структур.

В стадии образования коагуляционной (связной) структуры вода, обволакивая мелкодисперсные частицы цемента, образует вокруг них так называемые сельватные оболочки, которыми частицы сцепляются друг с другом. По мере гидратации цемента процесс переходит в стадию кристаллизации. При этом в цементном тесте возникают мельчайшие кристаллы, превращающиеся затем в сплошную кристаллическую решетку. Этот процесс кристаллизации и определяет механизм твердения цементного камня и, следовательно, нарастания прочности бетона.

Ускорение или замедление процесса образования и твердения цементного камня зависит от температуры смеси и адсорбирующей способности цемента, определяемой его минералогическим составом.

Для твердения цементного камня наиболее благоприятная температура от 15 до 25°С, при которой бетон на 28-е сутки практические достигает стабильной прочности. При отрицательных температурах вода, содержащаяся в капиллярах и теле, замерзая, увеличивается в объеме примерно на 9%.

В результате микроскопических образований льда в бетоне возникают силы давления, нарушающие образовавшиеся структурные связи, которые в дальнейшем при твердении в нормальных температурных условиях уже не восстанавливаются. Кроме того, вода образует вокруг крупного заполнителя обволакивающую пленку, которая при оттаивании нарушает сцепление, т. е. монолитность бетона. При раннем замораживании по тем же причинам резко снижается сцепление бетона с арматурой, увеличивается пористость, что влечет за собой снижение его прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

При оттаивании замерзшая свободная вода вновь превращав ется в жидкость и процесс твердения бетойа возобновляется. Однако из-за ранее нарушенной структуры конечная прочность такого бетона оказывается ниже прочности бетона, выдержанного в нормальных условиях, на 15...20%. Особенно вредно попеременное замораживание и оттаивание бетона.

Прочность, при которой замораживание бетона уже не может нарушить его структуру и повлиять на его конечную прочность, называют критической.

Таким образом, при бетонировании в зимних условиях технологическая задача в основном заключается в использовании таких методов ухода за бетоном, которые обеспечили бы достижение предусмотренных проектом конечных физико-механических характеристик (прочность, морозостойкость и др.) или критической прочности.

Критическая прочность для бетонов марок ниже М200 должна быть не менее 50% проектной и не ниже 5 МПа, для бетонов марок М200...М300 — не ниже 40%, для бетонов марок М400...М500 — не ниже 30%. Для    предварительно    напряженных   конструкций прочность бетона к моменту замораживания не должна быть ниже 70% 28-суточной прочности.

Решению этой задачи должна быть подчинена технология всего цикла бетонирования, начиная от приготовления бетонной смеси и заканчивая выдерживанием бетона.

Приготовление и транспортирование бетонной смеси в зимних условиях. Температура бетонной смеси зимой при выгрузке ее из бетоносмесителя должна быть такой, чтобы после теплопотерь, связанных с перевозкой смеси от завода к объекту, она была не ниже расчетной температуры, необходимой для принятого режима выдерживания бетона. Например, минимально необходимая температура бетонной смеси сразу же после ее укладки в конструкцию при применении электрического прогрева должна быть не менее 5°С; при использовании способа «термоса» — не менее 25°С; при применении бетонов с противоморозными добавками — не ниже 5°С и т. д.

При высокой температуре бетонной смеси снижается ее подвижность. Поэтому при выходе смеси из бетоносмесителя его температура не должна превышать следующих максимально допустимых значений, °С:

портландцемент марки 250 и шлакопортландцемент марок 200 и 250 . . . 45 портландцемент марки 300 и пуццолановый портландцемент марки 200 . . 40 портландцемент марки 400 и пуццолановый портландцемент марки 250   .   .   35

Для получения необходимой температуры смеси при ее приготовлении подогревают воду до 50...90°С, а иногда — песок, щебень и гравий. 

Принятый способ транспортирования бетонной смеси должен обеспечивать ее доставку к месту укладки в минимальные сроки, которые должны быть меньше начала ее схватывания или времени остывания смеси до температуры, которая требуется для принятого режима выдерживания бетона. Обычно максимальную дальность перевозки бетонной смеси при температуре наружного воздуха ниже —15°С сокращают по сравнению со временем перевозки в летнее время на 30...50%.

Способ выдерживания уложенного в опалубку бетона выбирают с учетом создания необходимой для его твердения тепловлажностной среды. 

В зависимости от типа бетонируемой конструкции и требуемых сроков ввода ее в эксплуатацию, наличия источников энергии и других местных условий можно пользоваться следующими основными способами выдерживания бетона при отрицательных температурах:

- бетонирование конструкций и выдерживание  бетона в теплошатрах или других укрытиях, где создается тепловлажностный режим, необходимый для нормального твердения бетона (конвективный способ);

- выдерживание бетона в утепленной опалубке с использованием эффекта экзотермии цемента (способ «термоса»);

- выдерживание бетона с прогревом внешними источниками тепловой энергии (электропрогрев, контактные методы электропрогрева, индукционные и радиационные эффекты и др.);

- выдерживание бетона с применением химических добавок, снижающих температуру замерзания воды и ускоряющих твердение бетона.

Указанные способы можно комбинировать. Необходимо учитывать, что при зимнем бетонировании ускорение процесса твердения зависит не только от выбранного способа выдерживания бетона, но и от ряда других технологических факторов, к которым относятся: применение высокоактивных цементов, вибрирования, позволяющего использовать более жесткие бетонные смеси, различного рода химических добавок; повышение качества заполнителей; более технологичные методы приготовления.

Метод выдерживания бетона в искусственных укрытиях (тепляках) связан с дополнительными затратами, осложняет производство смежных работ и не сокращает сроков строительства. Поэтому его используют, когда это вызвано технологической необходимостью.

Конструкция тепляка обычно состоит из трубчатого каркаса, обшитого фанерой и легким утеплителем.

Для бетонирования линейных сооружений можно применять катучие тепляки, передвигающиеся по рельсовому пути.

Эффективность искусственных тепляков может быть повышена при использовании в качестве укрытий пневматических конструк-

Метод «термоса» является безобогревным методом. Он заключается в том, что бетон с заданной начальной положительной температурой укладывают в утепленную опалубку. За счет тепла, внесенного в бетон, и тепла, выделенного цементом в процессе гидратации (явлейие экзотермии), бетон набирает заданную прочность до того момента, когда температура в какой-либо части забетонированной конструкции снизится до 0°С.

Чем бетонируемая конструкция массивнее и, следовательно, чем меньше площади ее охлаждаемых поверхностей, тем эффективнее метод «термоса».

Для колонн, балок и других линейных конструкций модуль поверхности определяется отношением периметра к площади поперечного сечения.

Теплотехнический расчет режима выдерживания бетона должен подтвердить, что в течение времени, необходимого для достижения бетоном заданной прочности, ни в одной точке конструкции температура не опуститься ниже 0°С. При этом количество тепла, внесенное в бетон и выделенное в результате экзотермической реакции, должно быть сбалансировано с его расходом (теплопотери) при остывании.

Метод «термоса» наиболее эффективен для конструкции с моДулем поверхности меньше 6. Однако благодаря правильному выбору расчетных параметров процесса термосного выдерживания бетона область применения метода может быть значительно расширена.

Оптимальные значения расчетных параметров режима термосного выдерживания могут быть выбраны с помощью математического моделирования. В данном случае математические модели могут быть представлены в виде системы взаимосвязанных пара-

метров. При этом в качестве критерия оптимальности принимают минимальную себестоимость 1 м3 бетона монолитных конструкций.

Эффективность метода «термоса» в значительной мере зависит от температуры бетона в момент его укладки в опалубку. Во избежание потери подвижности температура бетона при выходе из бетоносмесительной машины не должна превышать 35...45°С. В процессе перевозки и укладки смеси при температуре ниже —20°С бетонная смесь остывает на 15...20°С.

 

Применение бетона с противоморозными добавками не допуска ется в конструкциях, подвергающихся нагрузкам, тепловым воздействиям свыше 60°С (во время эксплуатации), в конструкциях, соприкасающихся с агрессивной средой, содержащей примеси кислот, щелочей и сульфатов. Нельзя использовать солевые добавки и при расположении конструкций на расстоянии менее 100 м от источников тока высокого напряжения.

Производство б.етонных работ в условиях сухого жаркого климата. Сухой жаркий климат характерен для значительной части южных и юго-восточных районов нашей страны. Отличительной его особенностью является высокая температура воздуха (минимальная выше 30°С и средняя в 13 ч дня выше 25°С) при относительной влажности менее 50%.

В этих условиях при твердении бетона под воздействием высоких температур окружащей среды ускряется реакция гидратации. Под влиянием быстрого обезвоживания бетонной смеси, различного теплового расширения компонентов и пластической усадки бетона в еще не окрепшем бетоне развиваются деструктивные явления, снижающие его конечную прочность почти на 50% по сравнению с бетоном, выдерживаемым в нормальных тепловлажностных условиях. Интенсивное раннее обезвоживание приводит к образованию капилляров, направленных в сторону испаряющей поверхности, что ухудшает поровую структуру бетона и, следовательно, снижает его прочность и водонепроницаемость. Обезвоживание приводит также к шелушению наружных слоев бетонной конструкции.

Необходимое качество бетона при производстве бетонных работ в условиях сухого жаркого климата может быть обеспечено за счет применения таких методов приготовления, транспортирования и выдерживания бетона, которые сводили бы к возможному минимуму, его обезвоживание.

Приготовление и транспортирование бетонной смеси. При приготовлении ботонной смеси необходимо принимать меры, обеспечивающие сохранение требуемой консистенции к моменту ее укладки в опалубку. Это может быть достигнуто за счет увеличения расхода воды, что, однако, связано с увеличением расхода цемента. Кроме того, излишнее содержание свободной воды при обезвоживании бетона способствует образованию направленных пор.

Более рациональным решением этой задачи является снижение

температуры смеси в процессе ее приготовления и принятие мер,

исключающих обезвоживание при транспортировании, укладке и

выдерживании бетона.        /

Установлено, что при температуре воздуха до 40°С и низкой относительной влажности температура бетонной смеси может быть снижена до 20...25°С путем смачивания охлажденной водой заполнителей, их обдува холодным воздухом при подаче в смеситель и т. д.

Консервация консистенции бетонной смеси может быть достигнута и путем введения в бетонную смесь при ее приготовлении поверхностно-активных добавок (0,4...0,5% массы цемента). Они не только уменьшают обезвоживание смеси, но и пластифицируют ее, снижая водолотребность.

При транспортировании бетонных смесей в условиях сухого жаркого климата кузова бетоновозов или автобетоносмесителей должны иметь термоизоляцию. Однако и в этом случае во избежание интенсивного обезвоживания' дальность перевозки не должна превышать 10... 15 км.

В условиях сухого жаркого климата должно быть примерно в 1,5 раза увеличено время перемешивания смеси, обеспечена пере-, возка в закрытой таре, ограничено время перевозки и сведены к минимуму перегрузки. При этом следует иметь в виду, что даже при 30...35°С при В/Ц=0,83 смесь полностью теряет подвижность через 40 мин.

С учетом перечисленных выше особенностей наиболее целесообразно приготовлять смесь непосредственно у места укладки, доставляя туда отдозированные сухие компоненты.

Выдерживание свежеуложенного бетона. Важной технологической задачей является предохранение бетона от обезвоживания после его укладки в опалубку.

Следует иметь в виду, что при высоких температурах воздуха и низкой относительной влажности поливка бетона не только не предохраняет его от обезвоживания, а, наоборот, способствует возникновению после каждой поливки своего рода термического удара, вызывающего через 10... 15 мин после нее интенсивную потерю влаги, ухудшение поровой структуры и, как следствие, появление растягивающих напряжений в поверхностных слоях бетона, иногда превышающих более чем на 50 % допустимые.

Обезвоживание бетона особенно опасно при строительстве сооружений из тонкостенных конструкций с большими открытыми поверхностями, например ирригационных каналов. Поэтому для предохранения от обезвоживания свежеуложенный бетон рекомендуется защищать пленочными покрытиями, битумами, лаками или другими полимеризующимися материалами. Это уменьшает потерю воды в бетоне на 80...90%.

При строительстве сооружений с незначительными площадями открытых поверхностей, например фундаментов, водопотери свежеуложенного бетона могут быть уменьшены за счет покрытия горизонтальных поверхностей слоем 3...5 см воды (метод «водяного бассейна»).

В районах с сухим жарким климатом и ограниченными ресурсами пресной воды экономично использовать такой дешевый источник энергии, как солнечная радиация. Для этого свежеуложенный бетон покрывают светопроницаемыми пленками, которые пропускают "лучистую энергию и вместе с тем предотвращают потери воды, создавая условия, близкие к твердению бетона в пропарочных камерах.

В условиях сухого жаркого климата обезвоживание бетона может быть сведено к минимуму и за счет сокращения времени его выдерживания путем интенсификации процесса твердения. Для этого применяют высокоактивные, но малоусадочные цементы, химические добавки — ускорители твердения, а также методы тепловой обработки. Метод тепловой обработки может оказаться наиболее эффективным, так как позволяет не только уменьшить опасность обезвоживания, но и получить необходимую прочность бетона в наиболее короткие сроки. При этом нужно иметь в виду, что после приобретения бетоном 70...80% проектной прочности он не требует в условиях сухого жаркого климата какого-либо специального ухода.