Монолитными называются конструкции, которые возводятся непосредственно на месте их расположения Возведение конструкций включает установку опалубки, которая воссоздает в пространстве очертания будущей конструкции, установку арматуры, бетонирование конструкции, уход за твердеющим бетоном

Опалубка может быть деревянной из досок и фанеры, металлической из металлических листов или сетки, деревянной с полимерным покрытием, железобетонной. Иногда в качестве опалубки используют железобетонные плиты, которые являются частью будущей сборно-монолитной конструкции.

Арматуру устанавливают в соответствии с проектом. Для ее соединения используют сварку. В ряде случаев применяют заранее изготовленные арматурные каркасы, что ускоряет производство работ. Для ответственных конструкций используют так называемую жесткую арматуру в виде двутавров, швеллеров и проката специальных профилей. В особых случаях применяют вязку арматурных каркасов с помощью тонкой вязательной проволоки.

Бетонирование больших сооружений или конструкций ведут отдельными блоками, устраивая между ними, рабочие швы. Блок бетонируют непрерывно, в этом случае каждая последующая порция бетона должна укладываться и уплотняться до того, как схватится ранее уложенный бетон Бетонную смесь, как правило, готовят на централизованных бетоносмеситель-ных узлах или заводах и затем транспортируют к месту укладки

Транспорт бетона, его укладка в блок и последующий уход определяют качество бетона, строительно-технические свойства и долговечность конструкции. Каждый шаг в транспортировании и укладке бетона нужно внимательно контролировать для сохранения однородности бетонной смеси внутри замеса и из замеса в замес, чтобы конструкция имела одинаковое качество Для этого необходимо следить за тем, чтобы не было отделения крупного заполнителя от раствора, или воды от других составляющих.

Зимнее бетонирование

При бетонировании зимой необходимо обеспечить твердение бетона в теплой и влажной среде в течение срока, обеспечивающего набор бетоном критической прочности, гарантирующей сохранение структуры бетона и удовлетворительное его твердение после оттаивания.

Это достигается двумя способами: 1) использованием внутреннего запаса теплоты бетона; 2) дополнительной подачей бетону теплоты извне, если внутренней теплоты недостаточно. При первом способе необходимо применять высокопрочный и быстротвердеющий портландцемент, использовать ускорители твердения цемента - хлористый кальций и др., уменьшать количество воды в бетонной смеси, вводя в нее пластифицирующие и воздухововлекающие добавки. Все это даст возможность ускорить сроки твердения бетона при возведении сооружений и добиться того, чтобы бетон приобрел достаточную прочность перед замораживанием. Внутренний запас теплоты в бетоне создают путем подогревания материалов, составляющих бетонную смесь, кроме того, в твердеющем бетоне теплота выделяется при химической реакции, происходящей между цементом и водой (экзотермия цемента). В зависимости от массивности конструкций и температуры наружного воздуха подогревают воду для бетона (до 90°С) или воду и заполнители - песок, гравий, щебень (до 50^СС). Бетонная смесь при выходе из бетоносмесителя должна иметь температуру не выше 40°С, так как при более высокой температуре она быстро густеет. Минимальная температура бетонной смеси при укладке в массивы должна быть не ниже 5°С, а при укладке в тонкие конструкции - не ниже 20°С.

В последнее время применяют новый способ - электроподогрев бетонной смеси в специальном бункере непосредственно перед укладкой в конструкцию. В этом случае электрический ток пропускают через бетонную смесь и разогревают ее до 50...70°С. Разогретую смесь надо сразу же укладывать и уплотнять, так как она быстро густеет.

В процессе твердения цемент выделяет значительное количество теплоты. Эта теплота выделяется главным образом в первые 3...7 суток твердения. Чтобы сохранить теплоту в бетоне на определенный срок, опалубку и все открытые части бетона покрывают хорошей изоляцией (матами из минеральной ваты, пенопласта, опилками, шлаком и т, д.), толщина, которой определяется теплотехническим расчетом. Этот способ зимнего бетонирования называют способом термоса, так как подогретая бетонная смесь твердеет в условиях теплоизоляции. Применение данного способа рационально, если теплота, необходимая для его первоначального твердения, сохраняется в бетоне, по крайней мере, 5...7 суток. Это возможно только при массивных или тщательно изолированных средних по толщине конструкциях, имеющих отношение охлаждающейся поверхности бетона к его объему, так называемый модуль поверхности, не более 6.

Для получения бетонов высокого качества и экономичности необходимо проводить постоянный контроль за их производством и на его основе управлять технологическими процессами, внося в них необходимые изменения и коррективы, учитывающие колебания свойств исходных материалов и условий производства и гарантирующие получение заданных свойств бетона при минимальных материальных, энергетических и трудовых затратах.

Контроль организуется на всех стадиях производства бетона и изделий из него и включает контроль свойств исходных материалов, приготовления бетонной смеси и ее уплотнения, структурообразования и твердения бетона и свойств готового материала или изделия. Для контроля используют различные способы и приборы. По полученным результатам вносят коррективы в состав бетона, в параметры и режимы технологических операций на основе закономерностей, учитывающих влияние на свойства готового бетона различных технологических факторов. Для большей точности и надежности управления качеством бетона используют зависимости, полученные для условий конкретного производства. Эти зависимости должны постоянно корректироваться по результатам статистического контроля свойств бетона.

Для управления производством и качеством бетона используют вычислительную технику и автоматизированные системы управления. Для их работы требуется соответствующее математическое обеспечение, в частности, использование математических моделей, которые связывают свойства бетона с качеством используемых материалов, составом бетона и условиями производства.

Управление качеством бетона осуществляется на основе пооперационного контроля производства. Для его проведения используют экспресс-методы, позволяющие быстро оценить свойства материала или параметры процесса, разрабатываются специальные полуавтоматические и автоматические средства, а также используется выборочная проверка объектов контроля. Для оценки свойств цемента предложены рентгенографические и другие методы экспресс-анализа его минералогического состава и способы быстрого определения удельной поверхности цемента. По их результатам прогнозируется возможное влияние качества цемента на свойства приготовляемой бетонной смеси и бетона и при необходимости производятся изменения состава бетона и режима технологических операций. Необходимое быстродействие обеспечивается обработкой результатов на ЭВМ по специальной программе.

Лекция 4

 СВОЙСТВА БЕТОНОВ. ТВЕРДЕНИЕ ЦЕМЕНТОБЕТОНА

Цементный бетон получается в результате затвердевания цементного теста, а в дальнейшем цементного камня. Наиболее интенсивно этот процесс идет в начальный период твердения, постепенно затухая. Однако при благоприятных условиях увеличение прочности бетона практически продолжается многие годы.

Исследования показывают, что в 28-суточном возрасте бетон набирает только 40...50% прочности бетона, твердевшего 10...12 лет.

Интенсивность нарастания прочности цементобетона зависит не только от свойств цемента, но и от условий, в которых происходит этот процесс. Наиболее благоприятной является среда с температурой около + 20^СС при относительной влажности воздуха 90...100%.

Во влажной среде цементобетон приобретает большую прочность, чем при твердении на воздухе. При испарении воды из бетона его твердение прекращается. Увеличение прочности цементобетона резко задерживается при понижении температуры, а при 0°С вовсе прекращается. Нельзя допускать замерзания свежеуложенного цементобетона, так как в этом случае происходит разрушение его структуры. После оттаивания такой бетон имеет, как правило, невысокую прочность.

Интенсивность нарастания прочности бетона можно ускорить путем введения в бетонную смесь добавок-ускорителей: хлористого кальция, хлористого натрия, жидкого стекла и др. Последние способствуют увеличению прочности бетона в начальный период твердения в 2...4 раза, но при этом прочность бетона в 28-суточном возрасте почти такая же, как и без ускорителей, иногда на 10...15% выше.

Хлористый кальций СаС1₂ и хлористый натрий NaCl не только ускоряют твердение бетона, но и понижают температуру замерзания воды, что благоприятствует твердению бетона при отрицательных температурах. Хлористый кальций оказывает на бетонную смесь пластифицирующее действие, при этом на 4...5 % уменьшается расход цемента. Однако необходимо иметь в виду, что добавки — ускорители твердения могут вызвать коррозию арматуры. Уменьшение расхода воды при затворении бетонной смеси, а также увеличение содержания гипса сверх того, которое необходимо при помоле цементного клинкера для замедления сроков схватывания цемента, способствуют ускорению твердения бетона в нормальных условиях.

Эффективным средством ускорения нарастания прочности бетона является тепловая обработка бетонного изделия при температуре 70...90°С. При такой температуре значительно ускоряются процессы гидратации, гидролиза и кристаллизации. Наиболее благоприятно они протекают при оптимальной влажности среды и при защите открытых поверхностей бетонных изделий от испарения влаги. Тепловая обработка бетонных смесей может производиться пропариванием изделий или электропрогревом. Переменный ток подводится с помощью специальных металлических электродов или через арматуру железобетонных изделий. Однако необходимо иметь в виду, что нагрев арматуры свыше 60°С не допускается, потому что происходит испарение влаги вокруг стержня арматуры и нарушается сцепление его с бетоном. Обработка бетонных изделий при повышенных температурах значительно сокращает сроки твердения, готовые изделия в этом случае можно получить за 8...10 ч вместо двух-трех недель. Такая обработка особенно целесообразна при использовании пуццолановых, шлакопортландцементов и других медленнотвердеющих цементов. Она наиболее эффективна при производстве бетонных работ в зимнее время.

В последнее время широко используется автоклавная обработка бетонных изделий при температуре 174...191°С и давлении 1,3...1,4 МПа. В таком режиме создаются благоприятные условия для образования качественно новых продуктов гидратации и получения высокопрочных бетонов в короткие сроки.

Твердение цементобетона сопровождается самопроизвольными объемными деформациями, которые вызываются изменением объема цементного камня. При твердении бетона на воздухе происходит испарение из него воды, введенной при приготовлении смеси. Вначале вода испаряется из крупных пор и капилляров, не вызывая деформаций бетона. Но в дальнейшем после удаления воды из тонких капилляров и мелких пор происходит усадка бетона, часто сопровождающаяся необратимыми деформациями.

Усадка бетона — уменьшение объема бетонных изделий в процессе твердения бетонной смеси. Она зависит от вида использованного цемента, расхода воды для затворения (отношения Ц/В), условий твердения и характеризуется коэффициентом усадки, который обычно составляет 0,00015 (т. е. на 1 м длины бетонного изделия усадка составляет 0,15 мм). При усадке возможно образование трещин в массивных бетонных конструкциях, поэтому се надо учитывать при проектировании. Уменьшить усадку можно применением цементов более низких марок или специальных составов (расширяющихся, безусадочных и др.), уменьшением расхода воды для затворения, использованием крупных заполнителей из плотных пород, соблюдением влажностного режима твердения бетона.