Укладка бетонной смеси

Состояние основания, на котором укладывают бетонную смесь, а также способ укладки должны исключать возможность ее замерзания в стыке с основанием и деформации основания при укладке бетона на пучинистые фунты. Для этого основание отогревают до положительных температур и предохраняют от замерзания до приобретения вновь уложенным бетоном требуемой прочности. Опалубку и арматуру до бетонирования очищают от снега и наледи; арматуру диаметром более 25 мм, а также арматуру из жестких прокатных профилей и крупные металлические закладные детали при температуре ниже -- 10°С отогревают до положительной температуры.

Бетонирование следует вести непрерывно и высокими темпами, при этом ранее уложенный слой бетона должен быть перекрыт до того, как в нем температура будет ниже предусмотренной.

Строительное производство располагает обширным арсеналом эффективных и экономичных методов выдерживания бетона в зимних условиях, позволяющих обеспечить высокое качество конструкций. Эти методы можно разделить на три группы: метод, предусматривающий использование начального теплосодержания, внесенного в бетонную смесь при ее приготовлении или перед укладкой в конструкцию, и тепловыделение цемента, сопровождающее твердение бетона,-- так называемый метод «термоса»; методы, основанные на искусственном прогреве бетона, уложенного в конструкцию, -- электропрогрев, контактный, индукционный и инфракрасный нагрев, конвективный обогрев, методы, использующие эффект понижения эвтектической точки воды в бетоне с помощью специальных противоморозных химических добавок.

Указанные методы можно комбинировать. Выбор того или иного метода зависит от вида и массивности конструкции, вида, состава и требуемой прочности бетона, метеорологических условий производства работ, энергетической оснащенности строительной площадки ИТ д

Метод «термоса». Технологическая сущность метода «термоса» заключается в том, что имеющая положительную температуру (обычно в пределах 15... 30°С) бетонная смесь укладывается в утепленную опалубку. В результате этого бетон конструкции набирает заданную прочность за счет начального теплосодержания и экзотермического тепловыделения цемента за время остывания.

В процессе твердения бетона выделяется экзотермическая теплота, количественно зависящая от вида применяемого цемента и температуры выдерживания.

Наибольшим экзотермическим тепловыделением обладают высокомарочные и быстротвердеющие портландцементы.

Так, при применении бетона на портландцементе М500 (при расходе цемента 300 кг) и твердении при +40°С 1 м3 бетона получит следующее количество теплоты: через 12 ч --167 300 = 50 100 кДж, через 1 сут --209 * 300 = 81 600 кДж и т. д.

Данное количество теплоты обеспечит экзотермический разогрев 1 м3 бетона: через 12 ч -- на 20°С, через 1 сут -- на 25°С, через 1 сут -- на 32°С. Таким образом, экзотермия бетона обеспечивает существенный вклад в теплосодержание конструкции, выдерживаемой методом «термоса».

Поэтому при применении метода «термоса» рекомендуется применять бетонную смесь на высокоэкзотермичных портландских и быстротвердеющих цементах, укладывать с повышенной начальной температурой и тщательно утеплять.

Метод тем эффективней, чем массивнее бетонируемая конструкция. Степень массивности конструкций характеризуется модулем ее поверхности, представляющим собой отношение площади охлаждаемых поверхностей конструкции к ее объему: Мп = А/V. Для колонн, балок и других линейных конструкций Мп определяют отношением периметра к площади поперечного сечения.

При применении метода «тедмоса^ невозможно активно регулировать процесс остывания выдерживаемой конструкции. Поэтому расчетом следует определять продолжительность этого остывания и строго соблюдать предусмотренные расчетом условия.

Расчет должен показать, что выдерживаемая конструкция при принятых условиях (при данном виде, марке и расходе цемента, утеплении опалубки и открытых поверхностей, начальной темпера- туре бетона и температуре наружного воздуха) будет остывать до 0°С в течение времени, необходимого для приобретения им заданной прочности.

«Термос с добавками-ускорителями» Некоторые химические вещества (хлористый кальций CaCIf, углекислый калий -- поташ К2СО3, нитрат натрия NaN03 и др),введенные в бетон в незначительных количествах (до 2% от массы цемента), оказывают следующее действие на процесс твердения: эти добавки ускоряют процесс твердения в начальный период выдерживания бетона. Так, бетон с добавкой 2%-ного хлористого кальция от массы цемента уже на третий день достигает прочности, в 1,6 раза большей, чем бетон того же состава, но без добавки (табл. 7 2) Введение в бетон добавок ускорителей, являющихся одновременно и противоморозными добавками, в указанных количествах понижает температуру замерзания до --3°С, увеличивая тем самым продолжительность остывания бетона, что также способствует приобретению бетоном большей прочности

Таблица Увеличение прочности бетона с добавкой CaClz в количестве 2% от массы цемента

Бетоны с добавками-ускорителями готовят на подогретых заполнителях и горячей воде При этом температура бетонной смеси на выходе из смесителя колеблется в пределах 25 , 35°С, снижаясь к моменту укладки до 20°С. Такие бетоны применяют при температуре наружного воздуха -- 15 --20°С. Укладывают их в утепленную опалубку и закрывают слоем теплоизоляции Твердение бетона происходит в результате термосного выдерживания в сочетании с положительным воздействием химических добавок. Этот способ является простым и достаточно экономичным, позволяет применять метод «термоса» для конструкций с Мп < 8 (бетоны на обычных портландцементах)

«Горячий термос» заключается в кратковременном разогреве бетонной смеси до температуры 60. . 80°С, уплотнении ее в горячем состоянии и термосном выдерживании или с дополнительным обогревом

В условиях строительной площадки разогрев бетонной смеси осуществляют, как правило, электрическим током. Для этого порцию бетонной смеси с помощью электродов включают в электрическую цепь переменного тока в качестве сопротивления (рис 7 59). В результате в бетонной смеси выделяется мощность

Р= U2/(R 1000) = 12Я/1000

где Р -- выделяемая мощность в порции бетонной смеси, кВт; U -- напряжение на электродах, В; I-- сила тока, A, R -- омическое сопротивление прогреваемой порции бетонной смеси, Ом.

Выделяемая мощность, и количество выделяемой за промежуток времени теплоты зависят от подводимого к электродам напряжения (прямая пропорциональность) и омического сопротивления прогреваемой бетонной смеси (обратная пропорциональность).

Искусственный прогрев и нагрев бетона. Сущность метода искусственного прогрева и нагрева заключается в повышении температуры уложенного бетона до максимально допустимой и поддержании ее в течение времени, за которое бетон набирает критическую или заданную прочность.

Искусственный прогрев и нагрев бетона применяют при бетонировании конструкций с Мп > 10, а также и более массивных, если в последних невозможно получить в установленные сроки заданную прочность при выдерживании только способом термоса.

Физическая сущность электропрогрева (электродного прогрева) идентична рассмотренному выше способу электроразогрева бетонной смеси, т. е. используется теплота, выделяемая в уложенном бетоне при пропуске через него электрического тока.

Образующаяся теплота расходуется на нагрев бетона и опалубки до заданной температуры и возмещение теплопотерь в окружающую среду, происходящих в процессе выдерживания. Температура бетона при электропрогреве определяется величиной выделяемой в бетоне электрической мощности, которая должна назначаться в зависимости от выбранного режима термообработки и величины теплопотерь, имеющих место при электропрогреве на морозе.

Мощность, требуемая для разогрева конструкции с заданной скоростью, складывается из мощности на разогрев бетона, на разогрев опалубки и для возмещения теплопотерь.

Для подведения электрической энергии к бетону используют различные электроды: пластинчатые, полосовые, стержневые и струнные.

К конструкциям электродов и схемам их размещения предъявляются следующие основные требования: мощность, выделяемая в бетоне при электропрогреве, должна соответствовать мощности, требуемой по тепловому расчету; электрическое и, следовательно, температурное поля должны быть по возможности равномерными; электроды следует располагать по возможности снаружи прогреваемой конструкции для обеспечения минимального расхода металла; установку электродов и присоединение к ним проводов необходимо производить до начата укладки бетонной смеси (при использовании наружных электродов).

В наибольшей степени удовлетворяют изложенным требованиям пластинчатые электроды.

Пластинчатые электроды принадлежат к разряду поверхностных и представляют собой пластины из кровельного железа или стали, нашиваемые на внутреннюю, примыкающую к бетону поверхность опалубки и подключаемые к разноименным фазам питающей сети (табл. 7.3, п. 1). В результате токообмена между противолежащими электродами весь объем конструкции нагревается. С помощью пластинчатых электродов прогревают слабоармированные конструкции правильной формы небольших размеров (колонны, банки, стены и др.).

Полосовые электроды изготовляют из стальных полос шириной 20...50 мм и так же, как пластинчатые электроды, нашивают на внутреннюю поверхность опалубки.

При сложной конфигурации бетонируемых конструкций применяют стержневые электроды -- арматурные прутки диаметром 6 - 12 мм, устанавливаемые в тело бетона.

Наиболее целесообразно использовать стержневые электроды в виде плоских электродных групп. В этом случае обеспечивается более равномерное температурное поле в бетоне.

При электропрогреве бетонных элементов мачого сечения и значительной протяженности (например, бетонных стыков шириной до 3... 4 см) применяют одиночные стержневые электроды.

При бетонировании горизонтально расположенных бетонных или имеющих большой защитный слой железобетонных конструкций используют плавающие электроды -- арматурные стержни 6...12 мм, втапливаемые в поверхность.

Струнные электроды применяют для прогрева конструкций, длина которых во много раз больше размеров их поперечного сечения (колонны, балки, прогоны и т. п.). Струнные электроды устанавливают по центру конструкции и подключают к одной фазе, а металлическую опалубку (или деревянную с обшивкой палубы кровельной сталью) -- к другой.

В отдельных случаях в качестве другого электрода может быть использована рабочая арматура.

Количество энергии, выделяемой в бетоне в единицу времени, а следовательно, и температурный режим электропрогрева зависят от вида и размеров электродов, схемы их размещения в конструкции, расстояний между ними и схемы подключения к питающей сети. При этом параметром, допускающим произвольное варьирование, чаще всего является подводимое напряжение.

Контактный (кондуктивный) нагрев. При данном методе используется теплота, выделяемая в проводнике при прохождении по нему электрического тока. Затем эта теплота передается контактным путем поверхностям конструкции. Передача теплоты в самом бетоне конструкции происходит путем теплопроводности. Для контактного нагрева бетона преимущественно применяют термоактивные (греющие) опалубки и термоактивные гибкие покрытия (ТАГП).

Греющая опалубка имеет палубу из металлического листа или водостойкой фанеры, с тыльной стороны которой расположены электрические нагревательные элементы. В современных опалубках в качестве нагревателей применяют греющие провода и кабели, сетчатые нагреватели (рис. 7.61, а, б), токопроводящие покрытия и др. Для обеспечения равномерного теплового потока кабель размешают на расстоянии 10. .. 15 см ветвь от ветви. Сетчатые нагреватели (полоса сетки из металла) изолируют от палубы прокладкой асбестового листа, а с тыльной стороны опалубочного щита -- также асбестовым листом и покрывают теплоизоляцией.

Рис. Технические средства для кондуктивного нагрева бетона. а термоактивная опалубка с греющим кабелем; б--то же. с сетчатыми нагревателями; в термоактивное гибкое покрытие с греющими проводами; греющий кабель; 2 асбестовый лист; 3 -- минеральная вата; 4 -- защитный стальной лист; 5 -- клемма; 6 палуба из фанеры, 7 -- разводящие шины; 8--сетчатые нагреватели; 9--защитный чехол; 10 -- алюминиевая фольга, II --отверстия для крепления покрытия; 12 -- утеплитель; 13 -- листовая резина; 14 греющий провод; 15 -- коммутационные выводы

Углеродные ленточные нагреватели наклеивают специальными клеями на палубу шита. Для обеспечения прочного контакта с коммутирующими проводами концы лент подвергают меднению.

В феющую опалубку может быть переоборудована любая инвентарная с палубой из стали или фанеры. В зависимости от конкретных условий (темпа нагрева, температуры окружающей среды, мощности тепловой защиты тыльной части опалубки) потребная удельная мощность может колебаться от 0,5 до 2 кВ А/м2. Греющую опалубку применяют при возведении тонкостенных и среднемассивных конструкций, а также при замоноличивании узлов сборных железобетонных элементов.

Термоактивное покрытие (ТРАП) -- легкое, гибкое устройство с углеродными ленточными нагревателями или греющими проводами (рис. 7.61, в), обеспечивающие нагрев до 50°С. Основой покрытия является стеклохолст, к которому крепят нагреватели. Для теплоизоляции применяют штапельное стекловолокно с экранированием слоем из фольги. В качестве гидроизоляции используют прорезиненную ткань.

Гибкое покрытие можно изготовлять различного размера. Для крепления отдельных покрытий между собой предусмотрены отверстия для пропуска тесьмы или зажимов. Покрытие можно располагать на вертикальных, горизонтальных и наклонных поверхностях конструкций. По окончании работы с покрытием на одном месте его снимают, очищают и для удобства транспортировки сворачивают в рулон. Наиболее эффективно применять ТРАП при возведении плит перекрытий и покрытий, устройстве подготовок под полы и др. ТРАП изготовляют с удельной электрической мощностью 0,25... 1 кВ А/м2.

При инфракрасном нагреве используют способность инфракрасных лучей поглощаться телом и трансформироваться в тепловую энергию, что повышает теплосодержание этого тела.

Генерируют инфракрасное излучение путем нагрева твердых тел. В промышленности для этих целей применяют инфракрасные лучи с длиной волны 0,76... 6 мкм, при этом максимальным потоком волн данного спектра обладают тела с температурой излучающей поверхности 300... 2200°С.

Теплота от источника инфракрасных лучей к нагреваемому телу передается мгновенно, без участия какого-либо переносчика теплоты. Поглощаясь поверхностями облучения, инфракрасные лучи превращаются в тепловую энергию. От нагретых таким образом поверхностных слоев тело прогревается за счет собственной теплопроводности.

Для бетонных работ в качестве генераторов инфракрасного излучения применяют трубчатые металлические и кварцевые излучатели. Для создания направленного лучистого потока излучатели заключают в плоские или параболические рефлекторы (обычно из алюминия).

Рис. Схемы инфракрасного нагрева: о -- обогрев арматуры плиты; б, в термообработка бетона плиты (сверху и снизу); г -- локальная термообработка бетона при возведении высотных сооружений в скользящей опалубке; д, е -- термообработка бетона стен; ж -- тепловая защита укладываемой бетонной смеси; 1 -- инфракрасная установка; 2 -- арматура плиты; 3 -- синтетическая пленка; 4 -- термообрабатываемый бетон; 5 -- теплоизолирующий мат; 6 -- укладываемая бетонная смесь

Инфракрасный нагрев применяют при следующих технологических процессах: отогреве арматуры, промороженных оснований и бетонных поверхностей; тепловой защите укладываемого бетона; ускорении твердения бетона при устройстве междуэтажных перекрытий, возведении стен и других элементов в деревянной, металлической или конструктивной опалубке, высотных сооружений в скользящей опалубке (элеваторы, силосы и т. п.).

Электроэнергия для инфракрасных установок поступает обычно от трансформаторной подстанции, от которой к месту производства работ прокладывают низковольтный кабельный фидер, питающий распределительный шкаф. От последнего электроэнергию подают по кабельным линиям к отдельным инфракрасным установкам.

Бетон обрабатывают инфракрасными лучами при наличии автоматических устройств, обеспечивающих заданные температурные и временные параметры путем периодического включения-выключения инфракрасных установок.

При индукционном нагреве бетона используют теплоту, выделяемую в арматуре или стальной опалубке, находящихся в электромагнитном поле катушки-индуктора, по которой протекает переменный электрический ток. Для этого по наружной поверхности опалубки последовательными витками укладывается изолированный провод-индуктор.

Переменный электрический ток, проходя через индуктор, создает переменное электромагнитное поле. Электромагнитная индукция вызывает в находящемся в этом поле металле (арматуре, стальной опалубке) вихревые токи, в результате чего арматура (стальная опалубка) нагревается и от нее (кондуктивно) нагревается бетон.

Индукционный метод применяют для отогрева ранее выполненных и прогрева возводимых каркасных железобетонных конструкций, бетонируемых в любой опалубке и при любой температуре наружного воздуха. Наиболее эффективен индукционный метод при бетонировании конструкций, густо насыщенных арматурой с Мп > 5, а также при использовании металлической опалубки.

В качестве индуктора используют изолированные провода с медными или алюминиевыми жилами.

Укладывают бетон после установки индуктора, что позволяет предварительно отогревать арматуру и металлическую опалубку.

При конвективном способе обогрева тепловая энергия бетону передается с помощью нагретой (обычно движущейся) среды -- теплым воздухом или паром. В этом случае бетон до приобретения им заданной прочности выдерживают в тепляках, представляющих собой временные ограждающие сооружения. Тепляки могут быть объемными, т. е. охватывающими всю бетонируемую конструкцию, и плоскими или секционными, ограждающими только часть конструкции.

Температура в тепляке поддерживается 5... 10 °С, в связи с чем твердение бетона замедляется, а продолжительность приобретения бетоном распалубочной прочности увеличивается.

Бетонирование конструкций в тепляках применяют редко, так как эти работы весьма трудоемки и требуют значительного расхода материалов на устройство тепляков. В современном строительстве тепляки применяют при возведении высотных сооружений в скользящей или подъемно-переставной опалубке. Их применяют также в тех случаях, когда необходимо поддерживать положительные температуры не только для бетонных, но и других работ, выполняемых в период строительства данного сооружения. В настоящее время в качестве тепляков находят применение надувные конструкции из синтетических материалов, которые представляют собой двухстенное осаждение с воздушной прослойкой.

Тепляки обогревают электрическими или паровыми калориферами и в исключительных случаях (например, при возведении отдельно стоящих фундаментов с применением объемных переносных тепляков)--острым паром. Реже применяют огневоздушное калориферное отопление.

Режимы нагрева бетона. Качество конструкций, бетонируемых в зимних условиях с применением методов искусственного прогрева, в значительной степени зависит от режимов нагрева бетона. На выбор режимов оказывают влияние многочисленные факторы, характеризующие как состав бетона, так и всю конструкцию в целом, а также требования к конечной прочности бетона и температура среды.

В зависимости от перечисленных факторов различают следующие типовые схемы прогрева.

Рис. Графики режимов прогрева бетона: а -- электротермос, б -- изотермический режим; с --изотермический режим с остыванием; г -- ступенчатый

Электротермос применяют для довольно массивных конструкций, остывающих в течение длительного времени Л/п<8. Конструкцию разогревают в течение тр от начальной температуры /б.н до максимальной /щах- Затем она остывает от максимальной до некоторой конечной температуры ?бк в течение тост. При этом требуемая прочность бетона достигается при остывании конструкции до температуры /б.к-

Изотермический режим применяют для немассивных конструкций с Л/п> 15. Конструкцию разогревают от температуры Гб.н До /max и изотермически прогревают при этой температуре. Продолжительность этого периода тИз определяют из условий получения требуемой прочности к концу прогрева.

Изотермический режим с остыванием применяют для прогрева конструкций с Л/п = 8... 15. Этот режим представляет собой комбинацию из двух предыдущих режимов.

Ступенчатый режим применяют для периферийного прогрева массивных конструкций с Мп < 5, а также немассивных предварительно напряженных конструкций.

Разогрев -- один из наиболее ответственных периодов прогрева. При высоких скоростях разогрева вследствие внутреннего давления в бетоне происходят структурные разрушения за счет быстрого расширения защемленного воздуха и образующихся паров воды, собственных температурных расширений твердых частиц и интенсивного испарения влаги с поверхности бетона при повышенных температурах.

Поэтому нормативными документами установлены следующие максимально допустимые скорости повышения температуры бетона: 5...8“С/ч при модуле поверхности Л/п = 2 . 6; не более 10°С/ч при Л/п = 6...20.

Каркасные и тонкостенные конструкции малой протяженности (не более 6 м) можно разогревать со скоростью 15°С/ч.

Максимально допустимая температура прогрева бетона не должна превышать значений, указанных в табл., а при прогреве конструкций с жесткой заделкой узлов сопряжений, а также при периферийном электропрогреве конструкций с Мп>6 не должна превышать 40°С.

Таблица Максимально допустимая температура прогрева бетона