МЕТОДЫ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ

Схватывание и твердение бетона представляют собой слож­ное физико-химическое явление. Образование и твердение це­ментного камня в процессе взаимодействия воды и цемента (процесса гидратации) последовательно проходят через две ста­дии: стадию формирования коагуляционной структуры и ста­дию формирования кристаллической структуры.

Находящаяся в цементном тесте или в бетоне вода может быть: химически связанной, т.е. вошедшей в гидратацию с ми­нералами цементного клинкера; физически связанной, т.е. на­ходящейся в виде пленок на поверхности зерен составляющих материалов, а также в их капиллярах: свободной — заполняющей поры между отдельными зернами составляющих бетона.

В первой стадии образования коагуляционной или связной структуры вода, обволакивая мелкодисперсные частицы цемен­та, образует вокруг них сольватные оболочки, которыми час­тицы сцепляются друг с другом.

Во второй стадии в цементном тесте возникают мельчайшие оча­ги кристаллизации, которые по мере интенсификации процесса гид­ратации превращаются в сплошную кристаллическую решетку.

Процесс кристаллизации определяет механизм образования и твердения цементного камня, т.е. роста прочности бетона.

Этот процесс может ускоряться, замедляться или приоста­навливаться вообще в зависимости от температуры бетонной смеси и наружного воздуха, а также адсорбирующей способно­сти цемента.

Наиболее благоприятная для твердения бетона положитель­ная температура воздуха находится в интервале от 15 до 20°С. Во многих регионах нашей страны в зимний период темпе­ратура наружного воздуха отрицательная, хотя строительство с применением бетона ведется круглогодично.

При наступлении отрицательных температур не прореаги­ровавшая с цементом вода переходит из жидкой фазы в твер­дую (лед) и как твердое тело в химическое соединение с цемен­том не вступает. В результате этого прекращается реакция гидратации и, следовательно, бетон не твердеет.

Одновременно в бетоне развиваются значительные силы внутреннего давления, вызванные увеличением объема воды (примерно на 9%) при переходе в лед.

В результате этого нарушаются кристаллические новообра­зования, которые при наступлении положительных температур уже не восстанавливаются.

Кроме того, после оттаивания вновь появляется свободная вода, которая обволакивает пленкой крупный заполнитель, препятствуя сцеплению между компонентами бетона. Из-за это­го нарушается монолитность бетона.

При раннем замораживании и последующем оттаивании резко снижается сцепление бетона с арматурой. Раннее замораживание бетона ведет к необратимым последствиям: уменьшается его проч­ность, морозостойкость и плотность; снижается водонепроницае­мость бетона и сопротивление воздействию агрессивных сред.

Сказанное выше не означает, что свежеуложенный бетон не может подвергаться замораживанию. На определенном этапе твердения бетона, когда он набрал некоторую прочность, бетон может быть заморожен, если такая необходимость возникает.

Минимальная прочность, при которой замораживание бе­тона уже не может нарушить его структуру и повлиять на рас­четную прочность, называется критической.

Бетон, набравший критическую прочность к моменту замер­зания, попав после оттаивания в нормальные условия тверде­ния, должен набрать проектную прочность.

Величина критической прочности зависит от марки бетона, вида и условий эксплуатации конструкций.

Для конструкций, подвергающихся сразу после затвердевания многократному замораживанию и оттаиванию или действию рас­четного давления воды, а также по специальным требованиям газо- и водонепроницаемости, критическая прочность равна 100%.

Бетон сборных конструкций к моменту монтажа должен иметь проектную прочность.

Прочность бетона к моменту замерзания должна быть ука­зана в ППР.

Анализ результатов испытаний показывает, что заморажи­вание бетона в раннем возрасте приводит к потере прочности примерно на 40%, которая не восста­навливается при последу­ющем твердении в услови­ях положительной температуры.

Замораживание бетона после набора критическое прочности практически не отражается на его механических ха­рактеристиках.

Скорость остывания бетона, уложенного в конструкцию, зависит от массив­ности этой конструкции.

Массивность конструк­ции определяется модулем поверхности М = F/V (1/см), где F— развернутая площадь боковых поверхностей, м²; а V — объем бетонируемой конструкции, м³.

При бетонировании в зимних условиях решаются следую­щие технологические задачи:

— обеспечение режима приготовления бетонной смеси с за­ранее обусловленной температурой выхода смеси;

— создание условий для минимального охлаждения бетон­ной смеси в процессе ее транспортирования и укладки;

— подготовка опалубки, арматуры и оснований под уклад­ку бетонной смеси;

— обеспечение тепло-влажностного режима выдерживания уложенной в конструкцию бетонной смеси, позволяющего ей в максимально короткие сроки набрать заданную прочность с возможностью восприятия расчетной нагрузки.

Приготовление, транспортирование и укладка бетонной смеси

Для поддержания нормальных условий твердения бетона при низких температурах создают запас тепла в бетоне и усло­вия его сохранения. Запас тепла в бетоне складывается из тепла, получаемого в результате химической реакции твердения це­мента и путем подогрева составляющих бетонной смеси: воды, песка и крупного заполнителя. Для их подогрева на бетонном заводе используют пар, горячую воду, горячий воздух.

Основной особенностью приготовления бетонной смеси в зимних условиях является обеспечение установленной расчетом температуры смеси по выходе ее из бетоносмесителя.

Приготовление бетонной смесив зимних условиях произво­дится с учетом следующих особенностей:

— продолжительность перемешивания, как правило, следует увеличивать в 1,5 раза;

— при применении только подогретой воды в смеситель од­новременно с началом ее подачи загружают крупный заполнитель, а после заливки примерно половины требуемого количе­ства воды и нескольких оборотов барабана смесителя — песок, цемент и оставшуюся воду.

Заполнители для бетонов перед загрузкой в смеситель не должны содержать смерзшихся комьев, кусков льда, наледи на крупном заполнителе. Для уменьшения или исключения воз­можностей смешивания заполнителей со снегом их необходи­мо складировать высокими штабелями на возвышенных мес­тах, защищенных от снежных заносов.

Размораживание, оттаивание и подогрев заполнителей может производиться в открытых и закрытых штабелях, бунке­рах, сушильных барабанах и других устройствах с помощью дымовых газов и горячего воздуха. Подогрев воды для бетон­ной смеси наиболее просто и эффективно осуществляется пус­ком пара в холодную воду.

Наиболее важен подогрев воды, теплоемкость которой зна­чительно выше инертных газов.

Температура воды и заполнителей должна быть такой, что­бы бетонная смесь к моменту ее укладки имела расчетную температуру с учетом потерь при перемешивании и транспорти­ровке.

Наибольшими допустимыми температурами подогрева со­ставляющих бетонной смеси являются: воды — до 90°С, запол­нителей — до 60°С.

Температура подогрева составляющих подобранного соста­ва бетона в зависимости от заданной температуры бетонной смеси при выходе из бетоносмесителя определяется по форму­лам или номограммам.

Максимальная температура бетона на выходе из бетоносме­сителя должна быть не более 45°С.

В условиях зимнего бетонирования применяют цементы повышенных марок и быстротвердеющие цементы.

Транспортирование бетонной смеси должно осуществляться в закрытой утепленной таре. Места погрузки и выгрузки бето­на необходимо защищать от ветра и снегопада.

Теплопотери, связанные с транспортированием смеси от за­вода до стройплощадки, внутри стройплощадки, а также от воз­можных перегрузок смеси, должны быть минимальными. Вы­полнение этих условий позволит обеспечить температуру бетона в момент укладки, необходимую для принятого способа выдерживания бетона.

Укладка бетонной смеси в зимних условиях производится с учетом следующих особенностей:

— мерзлые основания из пучинистых грунтов до укладки бетон­ной смеси для предотвращения замерзания бетона в местах контак­та с основанием должны быть отогреты до положительной темпе­ратуры на глубину не менее 50 см и защищены от промерзания;

— отогревание грунтовых, бетонных, каменных оснований и контактных поверхностей может выполняться в местных теп­ляках из брезента, полиэтилена и т.п. Для обогрева тепляков возможно применение различных теплоносителей: горячего воздуха, пара низкого давления и т.д.;

— не допускается оттаивание мерзлых грунтов оснований с помощью пара либо поливкой горячей водой или растворами хлористых и других солей. Мерзлые грунты отогреваются только горячим воздухом.

При производстве бетонных работ с выдерживанием бетона в конструкции по способу термоса слой старого бетона, камен­ных и других конструкций в месте стыка с бетонируемой конст­рукцией должен быть отогрет на глубину, определяемую рас­четом и укрыт от замерзания до приобретения вновь уложен­ным бетоном требуемой прочности.

Бетонная смесь при термосном выдерживании может быть уложена на неотогретый старый бетон, скалу или непучинистый грунт, если по расчету в зоне контакта со старым бетоном (ос­нованием) на протяжении расчетного периода выдерживания бетона будет обеспечена температура выше 0°С.

Укладка бетонной смеси с последующим прогревом допус­кается на мерзлые непучинистые основания или на неотогретый старый бетон (скалу), очищенные от снега и наледи, при усло­вии, что к началу электропрогрева температура бетона в стыке (в зоне контакта) со старым бетоном будет не ниже +2°С, при этом примыкающие к стыку открытые поверхности грунта или старого бетона укрываются теплоизоляционным материалом.

Для предотвращения замерзания бетона, уложенного на неотогретое основание до начала прогрева бетона, допускается введение в бетон нитрита натрия до 10% от массы цемента.

Опалубка и арматура перед бетонированием очищаются от сне­га и наледи, например, струей горячего воздуха под брезентовым или полиэтиленовым укрытием с высушиванием поверхностей. Не допускается очистка наледи с помощью пара или горячей воды.

Арматура диаметром более 25 мм, прокатный профиль и закладные детали при температуре ниже -10°С перед укладкой бетона отогреваются до положительной температуры.

Все открытые поверхности укладываемого бетона после окончания бетонирования или по мере бетонирования отдель­ных участков, а также на время перерывов в бетонировании должны тщательно укрываться пароизоляционным материа­лом и утепляться в соответствии с теплотехническим расчетом. Температура в уложенном слое до его перекрытия следую­щим не должна снижаться ниже предусмотренной в технологическом процессе.

Порядок бетонирования монолитных конструкций, а также размещения рабочих швов при прогревных методах выдержи­вания бетона должны исключать возникновение температурных напряжений, превышающих расчетные.