В связи с гигантскими объемами строительства в нашей стране полностью ликвидирована сезонность строительства, а поэтому производство бетонных и железобетонных работ в больших объемах выполняется и в зимнее время. Чтобы обеспечить высокое качество бетонных и железобетонных работ, выполняемых при отрицательных температурах окружающего воздуха, необходимо соблюдать определенные требования.

При отрицательных температурах замерзает содержащаяся в бетоне свободная вода, образуются кристаллы льда большего объема, чем имела вода. Поэтому в порах бетона развивается большое давление, приводящее к разрушению структуры еще не затвердевшего бетона и снижению его конечной прочности. Конечная прочность снижается тем больше, чем в более раннем возрасте замерз бетон. Наиболее опасно замерзание бетона в период схватывания цемента.

Прочность бетона с противоморозными добавками к моменту его охлаждения до температуры, на которую рассчитано количество добавок, должна быть (не менее): 30 % проектной прочности при проектной марке бетона до М200, 25% – для бетонов марки М300 и 20% – для бетонов марки М400.

Бетон, замороженный при указанной выше прочности, после оттаивания должен выдерживаться в условиях, обеспечивающих получение проектной прочности до загружения железобетонных конструкций нормативной нагрузкой. Для обеспечения требуемой конечной прочности бетона необходимо выполнять соответствующие мероприятия по подготовке составляющих и приготовлению бетонной смеси. Особое внимание при этом уделяют защите забетонированных конструкций от непосредственного воздействия отрицательной температуры и ветра.

Наиболее распространенным способом зимнего бетонирования является способ термоса, который предусматривает обеспечение в бетоне во время его твердения положительной температуры за счет тепла, полученного в результате подогрева составляющих бетонной смеси, и тепла, выделяемого цементом при твердении. В целях ускорения процесса твердения в бетон вводят химические добавки-ускорители или дополнительно его прогревают электрическим током, паром и теплым воздухом.

При производстве бетонных и железобетонных работ в зимнее время строительная лаборатория и инженерно-технический персонал строек должны повседневно строго контролировать все стадии производства работ.

Приготовление бетонной смеси в зимнее время осуществляют на центральных бетонных узлах в обогреваемых помещениях под наблюдением сотрудников лаборатории, которые обязаны проверять качество составляющих и состав бетона, назначать и контролировать температуру составляющих и самой бетонной смеси, а также количество вводимых химических добавок.

Прежде всего необходимо обратить внимание на хранение составляющих бетонной смеси, так как в зимних условиях хранение материалов значительно усложняется. Складские помещения для хранения цемента должны иметь плотные ограждения, не допускающие попадания снега. Песок, гравий и щебень во избежание смешивания со снегом необходимо складывать на сухих возвышенных местах, защищенных от снежных заносов. Форма штабелей материалов должна обеспечивать наименьшую поверхность при данном объеме (круглую, куполообразную). Высота их должна быть не менее 5 м. Перед укладкой в штабеля смерзшиеся заполнители разрыхляют.

Температура составляющих бетонной смеси в момент загрузки в бетоносмеситель должна обеспечивать заданную температуру бетонной смеси при выходе из бетоносмесителя. Поэтому при приготовлении бетонной смеси зимой применяют подогретую воду, оттаявшие или подогретые заполнители. В табл. 1.10 указаны наибольшая температура воды и бетонной смеси по видам цемента.

Бетонная смесь должна иметь некоторый запас тепла, который расходуется от момента укладки до начала обогрева в конструкции, а при методе «термоса» – в течение всего периода выдерживания бетона.

Температура бетонной смеси, уложенной в опалубку, к началу выдерживания или подогрева не должна быть ниже температуры, установленной расчетом, при выдерживании бетона по методу «термоса»; температуры замерзания раствора затворения, увеличенной на 5°С, при применении бетона с противоморозными добавками.

Температуру подогрева воды и заполнителей при загрузке их в бетоносмеситель и температуру готовой бетонной смеси при выходе ее из бетоносмесителя устанавливают расчетным путем с учетом потерь тепла во время загрузки и перемешивания материалов, транспортирования и укладки бетонной смеси в конструкции.

Бетонную смесь приготовляют под наблюдением дежурного лаборанта, который задает температуру смеси и проверяет не реже двух раз в смену температуру составляющих и бетонной смеси после выхода ее из бетоносмесителя. При необходимости он дает указание изменить режим подогрева материалов.

При применении подогретой воды во избежание «заваривания» цемента он должен следить за тем, чтобы была выполнена следующая очередность загрузки материалов в бетоносмеситель: одновременно с началом подачи воды загружают щебень или гравий, а после заливки половины требуемого количества воды и нескольких оборотов барабана – песок и цемент.

Наибольшая допустимая температура воды и бетонной смеси

Таблица 3

Продолжительность перемешивания бетонной смеси следует увеличивать не менее чем на 25% против летних условий (при применении только подогретой воды). Продолжительность смешивания можно не увеличивать, если использовать подогретую воду, оттаявшие или подогретые заполнители.

Транспортирование бетонной смеси.

Контролируя транспортирование бетонной смеси, необходимо учитывать, что потери тепла при самой перевозке меньше, чем потери при перегрузочных операциях. Поэтому бетонную смесь от завода к месту укладки следует доставлять без перегрузок. Кроме того, необходимо следить за тем, чтобы бетонная смесь транспортировалась без задержек при погрузке, перевозке и выгрузке, а транспортная тара утеплялась и обогревалась. При транспортировании бетонной смеси в самосвалах кузова их укрывают брезентом (при малых расстояниях перевозки) или обогревают отработанными газами, которые пропускают через специально устроенное дно кузова или выводят через трубу в верхней части кузова для создания над бетонной смесью тепловой завесы. При транспортировании смеси в бадьях и бункерах их накрывают деревянными утепленными крышками, снаружи утепляют войлоком, минераловатными матами и другими материалами, а затем обшивают фанерой.

Строительная лаборатория, осуществляя контроль за производством бетонных работ, назначает максимально допустимую продолжительность транспортирования бетонной смеси, исходя из условий сохранения ее удобоукладываемости и температуры перед укладкой, а также заданной температуры на выходе из бетоносмесителя.

Продолжительность транспортирования может быть увеличена за счет применения замедляющих или пластифицирующих добавок, приготовления смеси пониженной температуры с последующим подогревом у мест укладки, введения в бетонную смесь противоморозных добавок. Время транспортирования предварительно разогретой бетонной смеси и ее укладки не должно превышать времени начала схватывания бетона.

При транспортировании бетона бетононасосами следует разработать и тщательно выполнять специальные мероприятия, обеспечивающие бесперебойную их работу. Следует также предусматривать утеплениебетонопроводов и виброхоботов.

Укладка бетонной смеси. Бетонное или каменное основание, а также замерзшие бетонные и каменные конструкции перед укладкой подогретой бетонной смеси тщательно очищают от снега, наледи, грязи и цементной пленки, прогревают до положительной температуры на глубину не менее 30 см, чтобы обеспечить сцепление вновь уложенного бетона с ранее возведенной конструкцией или основанием.

Дежурный лаборант, осуществляя контроль за укладкой бетонной смеси, должен следить за тем, чтобы ее температура к началу выдерживания в опалубке или подогрева не была ниже: температуры, установленной расчетом, – при выдерживании бетона по методу «термоса»; температуры замерзания раствора затворения, увеличенной на 5°С, – при применении бетона с противоморозными добавками; 0°С – в наиболее охлажденных зонах перед началом предварительного электроразогрева бетонной смеси или при форсированном электроразогреве ее в конструкциях и 2°С – при применении других методов тепловой обработки бетона.

Для предотвращения излишней потери тепла бетонной смесью ее укладывают небольшими участками по длине и ширине, при этом каждый уложенный слой быстро перекрывают последующим, не допуская падения температуры в нем ниже предусмотренной расчетом. После укладки последнего или промежуточного (в случае бетонирования с перерывом) слоя бетон укрывают щитами или матами. Толщина укладываемых слоев бетона для лучшего сохранения ими тепла при укладке должна быть максимально допустимой условиями вибрирования. Бетонную смесь следует укладывать круглосуточно, до окончания бетонирования всего массива или его части – блока.

Контроль твердения бетона. Прежде чем приступить к производству бетонных работ зимой, необходимо выбрать способ бетонирования. В первую очередь рекомендуется проверить возможность производства бетонных работ способом «термоса».

Способ «термоса» является наиболее простым в производстве и экономичным. Для его осуществления не требуется специального оборудования, уход за бетоном сводится к наблюдению за исправностью укрытия и контролю за температурой бетона. Однако этот способ применяется только при бетонировании массивных конструкций, так как тонкостенные конструкции с большой охлаждаемой поверхностью утеплять трудно.

Массивность конструкции характеризуется отношением суммы охлаждаемых (наружных) поверхностей F (м²) к ее объему V (м³). Это отношение называется модулем поверхности Мп, который определяется по формуле Mп = F/V.

Способ «термоса» применяют при бетонировании конструкций с Мп < 6, если использовать быстротвердеющие цементы марок 500–600 и глиноземистый цемент, которые не только быстро набирают прочность, но и выделяют большое количество тепла, а при введении химических добавок – ускорителей твердения его можно применять при Мп = 6–10.

При производстве бетонных работ способом «термоса» в последние годы применяют горячие бетонные смеси, нагретые до 70–80°С электрическим током в специальных бункерах.

Во время электроподогрева бетонной смеси в бункерах необходимо соблюдать определенный режим подъема температуры смеси. Прежде всего следует бетонную смесь выдержать в течение 20–30 мин при температуре 15–20°С, а затем в течение 10–15 мин нагреть до температуры 70–80°С. Подогретую бетонную смесь незамедлительно укладывают в утепленную опалубку, в которой бетон твердеет и набирает прочность. При этом бетон остывает от температуры не 20–30°С, как обычно при способе «термоса», а от 60–70°С. При производстве бетонных работ способом «термоса» строительная лаборатория тщательно контролирует температуру каждой порции бетонной смеси, доставляемой на стройплощадку, соблюдение температурно-влажностного режима, а также своевременное и тщательное утепление бетонируемых конструкций.

В процессе твердения бетона лаборанты должны три раза в сутки измерять температуру наружного воздуха или окружающей среды, температуру бетона и результаты измерений заносить в журнал бетонных работ. Температуру бетона следует контролировать систематически, начиная с укладки бетона и кончая остыванием до 2°С. Для измерения температуры твердеющего бетона пользуются техническими термометрами, которые устанавливают в скважины. Скважины устраивают заранее в местах наиболее неблагоприятного температурного режима. Глубина их в крупногабаритных конструкциях составляет 10–15 см, а в плитах – половину толщины плиты. В каждом элементе должно быть не менее трех скважин, но не менее одной на каждые 2 м² плиты. Скважины должны быть закрыты пробками, пронумерованы и нанесены на схему. Во время измерения температуры бетона термометры следует изолировать от влияния температуры наружного воздуха и выдерживать их в скважине не менее 3 мин. Зазор между термометром и стенкой скважины закрывают войлоком или паклей.

При отсчете температуры желательно не вынимать термометр из скважины полностью. Записывают температуру на отдельном для каждой конструкции листе и в температурном журнале.

В процессе бетонирования конструкции регулярно отбирают контрольные образцы, которые хранят в тех же условиях. Зимой кроме трех основных образцов обычно изготовляют шесть дополнительных, три из которых испытывают в тот день, когда температура бетона в конструкции упадет до 1–2°С, остальные три являются запасными и служат для получения дополнительных контрольных данных.

Наиболее эффективны противоморозные комплексные добавки: смесь нитрита кальция и мочевины в соотношении 3:1 (НКМ) по массе; смесь нитрата и нитрита кальция и мочевины – 1,5:1,5 (ННКМ); смесь нитрита и хлорида кальция – 1:1 (ННХК); смесь нитрата и нитрита кальция, хлорида кальция и мочевины – 0,7:0,75 или 1,5:1 (ННХКМ). Бетонные смеси с этими добавками признаны наиболее технологичными.

Бетонную смесь с противоморозными добавками можно транспортировать в неутепленной таре. Предельная продолжительность транспортирования и допустимый срок укладки бетонной смеси зависят от ее подвижности, их устанавливают в строительной лаборатории.

Бетонную смесь с противоморозными добавками укладывают в конструкции и уплотняют, соблюдая общие правила укладки. Поверхность бетона, не защищенную опалубкой, укрывают во избежание вымораживания влаги. Бетон выдерживают под укрытием до получения распалубочной прочности. В случае когда после укладки бетона температура его стала ниже расчетной, принятой при установлении концентрации водных растворов противоморозных добавок, уложенный бетон утепляют сухими опилками, сухим песком или сочетают выдерживание бетона по способу «термоса» с искусственным обогревом бетона до того момента, пока он не наберет заданной прочности.

При производстве бетонных работ в зимнее время искусственный обогрев бетона осуществляют электротермообработкой, паропрогревом и обогревом теплым воздухом.

Электротермообработку бетона выполняют методами электродного прогрева, электрообогрева различными электронагревательными устройствами, индукционным нагревом. В практике зимнего бетонирования наибольшее распространение получил электродный прогрев бетона током напряжением не более 60 В. Прогрев этим способом можно рекомендовать для бетонных конструкций с модулем поверхности 5–20.

Режим электропрогрева назначает лаборатория с учетом вида применяемого цемента, массивности конструкций, требуемой прочности бетона и возможности накопления ее за время остывания прогретых конструкций. На время электропрогрева железобетонных конструкций специально выделяют лаборантов, электромонтажников и рабочих, в обязанности которых входят контроль за температурой бетона прогреваемых по заданному режиму конструкций и оформление температурных листов, включение и выключение электрического тока, измерение напряжения в сети, укрытие прогретого бетона утепляющими материалами. В табл. 1.11 приведены показатели максимально допустимой температуры бетона при электропрогреве по видам цемента.

Длительность изотермического прогрева зависит от вида цемента, температуры прогрева и заданной критической прочности бетона.

Лекция №14