Зимнее бетонирование

Зимнее бетонированиеЗимнее бетонирование.

На месте бетонную смесь укладывают в опалубку из деревянных или металлических щитов, соответствующее форме будующей конструкции. В опалубку устанавливают стальной каркас-арматуру.

Укладывать бетонную смесь в формы желательно как можно быстрее и без перерывов.

Мы знаем, что твердение бетона зависит от химических реакций цемента с водой. Основную роль в этом будет играть тепло и вода! Поэтому в зимнее время при низких температурах опалубку утепляют, а сразу же после окончания бетонирования щитами и матами утепляют и верхнюю, открытую поверхность бетона.

А теперь расскажем о способах производства бетонных работ в зимних условиях с применением прогрева и обогрева конструкций. Одним из традиционных способов прогрева бетона является способ термоса. Он широко применяется в промышленном и гражданском строительстве.

По способу термоса бетон твердеет под \»шубой\» — слоем теплоизоляционных материалов (шлака, опилок, камышита и др.). Эти материалы плохо проводят тепло. Поэтому бетонная смесь почти не теряет тепло, которое она получила при изготовлении. Кроме того, при твердении цемент также выделяет тепло. Во многих случаях количество тепла оказывается достаточным, чтобы во время остывания бетон приобрел необходимую прочность. Эта прочность позволяет распалубливать конструкцию, уже не боясь замораживания. В этом случае после оттаивания бетон не разрушится. Способ термоса является наиболее экономичным и простым. Для его реализации не требуется специального оборудования. Но он применим только при бетонировании массивных конструкций, так как тонкостенные конструкции очень быстро остывают.

Можно ли его использовать в гидротехническом строительстве? Да, можно, и это подтверждает практика строительства Братской и Усть-Илимской ГЭС. А ведь климатические условия в районе стройки были суровыми: лето короткое, а зима длинная и холодная, с мороза ми, достигающими -40°С! По проекту надо было уложить около 9 млн.мЗ бетона, из них более половины — в зимнее время. Это требовало прогрева. Оказалось, что в этих суровых климатических условиях, наиболее эффективен способ термоса. Он дает возможность укладывать бетон с минимальной положительной температурой. А это благоприятно сказывается на его термонапряженном состоянии и уменьшает количество трещин в бетоне.

Способ термоса создает нормальные условия работы, практически не отличающиеся от летних. Это позволило увеличить интенсивность укладки бетона. По данным К.В. Алексеева (Братскстрой), интенсивность укладки зимой достигала 180 тыс.м3 в месяц и была меньше максимальной летней интенсивности всего на 20—25.

Если в установленные сроки способом термоса нельзя достичь требуемой прочности, рекомендуется применять искусственный прогрев бетона электрическим током или паром. Высокотемпературное воздействие на бетон относится к наиболее эффективным способам ускорения твердения. Высокотемпературный прогрев бетона осуществляется в конструкции электрическим током. Этот способ характеризуется простотой подачи электрического тока к месту использования, легкостью регулирования и контроля, а также возможностью автоматизации процесса тепловой обработки бетона.

По классификации проф. Б.А. Крылова существуют три способа прогрева бетона: электродный прогрев (электропрогрев), электрообогрев с помощью электронагревательных устройств и индукционный прогрев (прогрев в электромагнитном поле). Конечно, каждый из этих способов не универсален и оказывается эффективным только для определенных конструкций и условий строительной площадки. Наиболее распространенными способами прогрева бетона являются электропрогрев и электрообогрев. Вот их мы и опишем.

Начнем со способа электропрогрева, который основан на принципе нагрева проводника при прохождении через него переменного тока. Постоянный ток для этих целей не подходит, так как при его применении происходит электролиз воды, коррозия и экранирование поверхности электродов выделяемыми газами.

Электропрогрев бетона осуществляется следующим образом. В свежеуложенный бетон вводят металлические электроды, через которые пропускают переменный электрический ток. Электрическое сопротивление свежеприготовленного бетона, уложенного в опалубку, увеличивается по мере затвердевания бетона. Оказалось, что на ранней стадии твердения бетон обладает достаточно хорошей электропроводностью; его можно отнести к проводникам второго рода с ионной проводимостью. Включенный в электрическую цепь, он нагревается при прохождении электрического тока. Какое влияние оказывает выделяющееся тепло? Оно способствует интенсификации химического взаимодействия воды с минералами цементного клинкера. А это вызывает твердение бетона. Значит электрический ток, протекающий по бетону, будет вызывать его нагревание и твердение? Да, и чем больше будет сопротивление, тем выше будет напряжение тока.

Однако значительное увеличение сопротивления бетона может сказаться на прогреве бетона. Каким образом? А вот так. При достижении им критического сопротивления происходит как бы самоотключение бетона. Как же это происходит? Очень просто. Ток используемого напряжения не в состоянии \»преодолеть\» это возросшее сопротивление, цепь прерывается и электрообогрев прекращается. Следовательно, надо обеспечить такой режим защиты бетона от влагопотерь, чтобы последний успел прогреться и набрать требуемую прочность.

Расход электроэнергии при электронагреве не превышает 80— 100 кВт/ч на 1 м3 бетона и зависит от температуры окружающей среды и продолжительности прогрева. Максимальная температура прогрева й его продолжительность зависят от вида применяемого цемента и требуемой прочности. Эта температура не должна превышать 60°С. Прогрев будет зависеть в значительной степени от размеров электродов. Каковы же должны быть оптимальные размеры электродов? Диаметр стержневых электродов должен быть не менее 5 мм, а ленточных — не менее 15 мм.

Нагреваемые электроды создают температурное поле в бетоне. И очень важным условием получения нормального режима прогрева является равномерность температурного поля, а достигается она правильной расстановкой электродов.

Все, что говорилось о прогреве бетона, относилось, к неармирован-ному бетону. При прогреве бетона в железобетонной конструкции надо обязательно учитывать характер и густоту армирования, расположение арматуры и ее диаметр. Оказывается, стальная арматура и хомуты влияют на формирование электрического поля и искажают его. А главное условие нормального электрообогрева — обеспечение равномерности и электрического поля в бетоне. Поэтому электроды надо располагать на возможно большем расстоянии от элементов арматуры. Иногда при прогреве железобетонных конструкций можно использовать арматуру в качестве одного из электродов. В качестве другого используют уложенные на поверхности бетона пластины. Это позволяет прогревать элементы с нормальным армированием, т.е. ненапрягаемой арматурой.

Электропрогрев стал одним из основных способов ускорения твердения бетона на зимних стройках. Подсчитано, что в настоящее время таким способом ежегодно прогревают свыше 12 млн.м3 бетона. Его используют как в монолитных конструкциях, так и в заводском производстве сборного железобетона вместо про-паривания. Это один из самых экономичных способов тепловой обработки бетона.

Внедрению электропрогрева способствовали теоретические и экспериментальные исследования, выполненные советскими учеными (С.А. Мироновым, Б.А. Крыловым и др.

А теперь расскажем о способе электрообогрева бетона. Этот способ относится к методам электротермообработки бетона в любых конструкциях независимо от их армирования, конфигурации, вида бетона и цемента.

В чем состоит принцип электрообогрева? В подведении тепла к бетону с поверхности; во внутренние слои оно переносится за счет теплопроводности. Нагрев внутренних слоев надо производить постепенно. Этому способствует и экзотермия цемента. Для обогрева массивных конструкций этот способ следует применять с осторожностью. Почему? Потому что внутренние слои прогреваются медленнее, чем поверхностные и между ними могут создаваться перепады температур, которые приведут к формированию в конструкции неблагоприятного термонапряженного состояния.

Какова же глубина эффективного прогрева бетона в конструкции при этом способе? Обычно порядка 20 см. Однако в случае одностороннего подвода тепла к конструкциям небольшой толщины глубина эффективного прогрева может уменьшиться до 15 см. Это будет зависеть (в зимнее время) от температуры наружного воздуха и теплозащиты необогреваемой поверхности конструкции.

Имеются ли разновидности способа электрообогрева? Да, имеются. В основном их две: обогрев высокотемпературными нагревателями (генераторы инфракрасного излучения) с температурой на их поверхности выше 250°С и низкотемпературными — с температурой до 250°С. Конечно, такое деление условно. Однако оно позволяет говорить о двух группах электронагревателей.

Как следует из самого названия, высокотемпературные нагреватели характеризуются высокой излучающей способностью. К ним относятся ламповые, газовые, селитовые и др.

Низкотемпературными называются такие нагреватели, которые имеют низкую излучающую способность. Это коаксиальные, трубчато-стержневые, сетчатые, пластинчатые и струнные нагреватели.

Где применяется каждый тип нагревателей? Высокотемпературные используются чаще всего в заводских условиях при изговлении сборных железобетонных изделий. Для прогрева бетона в монолитных конструкциях применяются редко. Низкотемпературные нагреватели используются в построечных условиях для обогрева бетона, причем электронагреватели монтируют в опалубку или изготовляют в виде греющих щитов.

Эффективность и экономичность электрообогревателей в значительной степени определяются их видом.

Для электрообогрева используют электрический ток напряжением 110—220 В с соблюдением требований технической безопасности. Примерный расход электроэнергии для зон с температурой наружного воздуха —20°С ориентировочно составляет 100—120 кВт ч и более на 1 м3 бетона. Перейдем теперь к описанию прогрева бетона паром, который также является довольно эффективным способом и часто применяется на стройках и заводах железобетонных изделий.

Способ паропрогрева заключается в следующем. В опалубке с внутренней стороны вырезают каналы и через них пропускают пар. Можно также изготовить двойную опалубку и вводить пар в промежутки между стенками. Иногда пар пропускают по трубам, уложенным внутри бетона. Нагревают бетон до 50—80°С. Благодаря высоким температурам, которые создаются при паропрогреве бетона и при благоприятных влажностных условиях, твердение значительно ускоряется: например, через двое суток можно получить такую прочность, которую достигает бетон после 7-суточного твердения в нормальных условиях. Паропро-грев бетона требует больших Дополнительных затрат на оборудование. Это его недостаток. Способ паропрогрева рекомендуется главным образом для тонкостенных конструкций.