Бетонирование в экстремальных условиях

Зимними считаются условия, когда среднесуточная темпера­тура окружающей среды снижается до 5 °С и в течение 1 сут. пада­ет ниже 0 °С.

При отрицательных температурах не прореагировавшая с це­ментом вода превращается в лед и, как твердое тело, в химиче­ское соединение с цементом не вступает; бетон не твердеет. Одно­временно в бетоне развиваются силы внутреннего давления, вы­званные увеличением (примерно на 9 %) объема воды при превра­щении ее в лед. При раннем замораживании бетона его неокреп­шая структура не может противостоять этим силам и разрушается. При последующем оттаивании замерзшая вода вновь превращает­ся в жидкость, и реакция твердения возобновляется, однако раз­рушенные связи в бетоне полностью не восстанавливаются.

Замораживание бетона сопровождается образованием вокруг арматуры и заполнителя ледяных пленок, которые увеличиваются в объеме и отжимают цементное тесто от арматуры и заполнителя. Эти процессы снижают прочность бетона, его сцепление с арма­турой, плотность, стойкость и долговечность.

Если бетон до замерзания приобретает определенную проч­ность, то упомянутые выше процессы не оказывают на него не­благоприятного воздействия. Минимальная прочность, при которой замораживание для бетона не опасно, называется критиче­ской и зависит от класса бетона, вида и условий эксплуатации конструкций: для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой — 50 % проектной прочности для классов В7, 5 — В10, 40 % для классов В 12, 5 — В25 и 30 % для классов В30 и выше; для конструкций, нагружаемых расчетной нагрузкой — 100 % проектной прочности.

При производстве бетонных работ должны одновременно решаться две взаимосвязанные задачи:

технологическая (обеспечение необходимого качества бетона к заданному сроку) и экономическая (обеспечивание минимального расхода материальных энергетических ресурсов).

Технологическую задачу решают применением соответствующих методов выдерживания бетона. Методы зимнего бетонирования необходимо выбирать на основании технико-экономического анализа.

Выдерживание в искусственных укрытиях (тепляках) где поддерживается температура, необходимая для нормального твердения бетона. В связи с появлением новых пленочных покры­тий этот метод широко применяют зарубежом, поскольку «пле­ночный эффект» создает комфортные условия для труда и тверде­ния бетона даже без дополнительного обогревания.

Выдерживание методом термоса подразумевает укла­дывание бетона, имеющего температуру 15...20 °С, в утепленную опалубку. За счет начального теплосодержания бетонной смеси и теплоты, выделяемой в процессе твердения (явление экзотермии), бетон набирает заданную прочность до того момента, когда в ка­кой-либо части забетонированной конструкции температура снижается до 0 °С.

Применение метода термоса наиболее эффективно для массив­ных конструкций с модулем поверхности (М_п) до 6: М_п = ∑ S/v, где ∑ S — суммарная площадь поверхности конструкции; V — объем конструкции. Этот метод достаточно эффективен и для конструк­ций с большим модулем поверхности (до 8... 12), если осуществить предварительный электроразогрев бетонной смеси (рис. 13) в бункерах перед укладкой в опалубку (способ электротермоса). Бе­тонная смесь при этом форсированно разогревается в течение 5... 15 мин током промышленной частоты сетевого напряжения 220... 290 В до температуры бетонной смеси t_6с = 70... 80 °С.

Рис. 13 — Бетонирование конструкции с предварительным разогревом бетонной смеси

Методы электротермообработки бетона наиболее эффективны для конструкций с М_п > 6. Их можно разделить на три группы: электродный прогрев, индукционный прогрев и электрообогрев с применением различного рода электронагреватных устройств.

Электродное нагревание бетонных и железобетонных конструкций основано на превращении электрической энергии в тепловую при прохождении тока через свежеуложенный бетон, который с помощью электродов включается в электрическую цепь (рис. 14, а). Электроды могут быть разных видов (стержневыми, пластинчатыми) и располагаться как внутри, так и снаружи прогреваемой конструкции.

Рис. 14 — Электропрогрев бетона

Нагревание бетона в электромагнитном поле (индукционное) (рис. 14, б) применяется для густо армированных конструк­ций линейного типа (балки, ригели, трубы, колонны). Вокруг опалубки прогреваемого элемента устраивают спиральную обмотку — индуктор из изолированного провода и включают его в сеть. Под воздействием переменного электромагнитного поля стальная опалубка и арматура, выполняющие роль сердечника (соленоида), нагреваются и передают тепловую энергию бетону.

Инфракрасное прогревание (лампами) применяют в тех случаях, когда применение контактных методов прогревания за­труднено.

Иногда применяют безпрогревный метод с введением в состав бетонной смеси химических добавок.

В условиях сухого жаркого климата (максимальная температура окружающей среды выше 30 °С, средняя — выше 25 °С) пpoцесс бетонных работ имеет ряд особенностей. При быстром обезвожи­вании в еще не окрепшем бетоне развиваются деструктивные яв­ления, снижающие его конечную прочность. Качество бетона мо­жет быть обеспечено двумя способами: применением таких методов приготовления транспортирования и содержания бетона, которые уменьшают возможность его обезвоживания; сокращение сроков выдерживания бетона, ускоряя его твердение.

В условиях сухого жаркого климата важно сохранить требуемую подвижность бетонной смеси к моменту ее укладки в опалу. Это может быть обеспечено благодаря увеличению расхода воды, что связано с увеличением расхода цемента.

Более практичным является снижение температуры смеси при её приготовлении.

Температура бетонной смеси может быть снижена на 20... 25 °С в результате смачивания охлажденной водой заполнителей, их обдува холодным воздухом при подаче в смеситель и т. д. Для этого можно также добавлять лед в количестве до 50 % массы воды. Со­хранение удобоукладываемости бетонной смеси может быть дос­тигнуто и введением в бетонную смесь в процессе приготовления поверхностно-активных добавок (0, 4...0, 5% массы цемента).

Открытая поливка бетона не только не предохраняет его от обезвоживания, а, наоборот, способствует возникновению термического удара и интенсивной потере влаги.

Обезвоживание бетона особенно опасно при строительстве тонкостенных бетонных сооружений с большими открытыми поверхностями. Поэтому для предохранения от обезвоживания рекомендуется защищать свежеуложенный бетон различными пленочными покрытиями, что не только резко уменьшает потери воды, но и создает условия, близкие к твердению бетона в пропарочных камерах.

В районах с сухим жарким климатом экономично использовать такой дешевый источник энергии, как солнечное излучение. Для этого свежеуложенный бетон покрывают

При строительстве сооружений с незначительными открыты­ми поверхностями водопотери бетона могут быть уменьшены бла­годаря покрытию горизонтальных поверхностей слоем воды 3...5 см (метод «водяного бассейна»).

Обезвоживание бетона может быть сведено к минимуму и за счет сокращения времени его выдерживания. Для этого использу­ет высокоактивные цементы, добавки — ускорители твердения, а также метод тепловой обработки.

Во избежание обезвоживания бетон после укладки в конструк­цию защищают слоем пароизоляции.