Бетонирование в экстремальных условиях.

Зимними считаются условия, когда среднесуточная температура окружающей среды снижается до 5 °С и в течение 1 сут, падает ниже 0 °С.

При отрицательных температурах не прореагировавшая с цементом вода превращается в лед и, как твердое тело, в химическое соединение с цементом не вступает; бетон не твердеет. Одновременно в бетоне развиваются силы внутреннего давления, вызванные увеличением (примерно на 9 %) объема воды при превращении ее в лед. При раннем замораживании бетона его неокрепшая структура не может противостоять этим силам и разрушается. При последующем оттаивании замерзшая вода вновь превращается в жидкость, и реакция твердения возобновляется, однако разрушенные связи в бетоне полностью не восстанавливаются.

Замораживание бетона сопровождается образованием вокруг арматуры и заполнителя ледяных пленок, которые увеличиваются в объеме и отжимают цементное тесто от арматуры и заполнителя. Эти процессы снижают прочность бетона, его сцепление с арматурой, плотность, стойкость и долговечность.

Если бетон до замерзания приобретает определенную прочность, то упомянутые выше процессы не оказывают на него неблагоприятного воздействия. Минимальная прочность, при которой замораживание для бетона не опасно, называется критической и зависит от класса бетона, вида и условий эксплуатации конструкций: для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой - 50% проектной прочности для классов В7,5 - В10, 40 % для классов В12,5 - В25 и 30 % для классов В3О и выше; для конструкций, нагружаемых расчетной нагрузкой - 100 % проектной прочности.

При производстве бетонных работ должны одновременно решаться две взаимосвязанные задачи: технологическая (обеспечение необходимого качества бетона к заданному сроку) и экономическая (обеспечивание минимального расхода материальных энергетических ресурсов).

Технологическую задачу решают применением соответствующих методов выдерживания бетона. Методы зимнего бетонирования необходимо выбирать на основании технико-экономического анализа.

Существуют следующие методы выдерживания бетона в зимних условиях.

Выдерживание в искусственных укрытиях (тепляках) где поддерживается температура, необходимая для нормального твердения бетона. В связи с появлением новых пленочных покрытий этот метод широко применяют за рубежом, поскольку "пленочный эффект" создает комфортные условия для труда и твердения бетона даже без дополнительного обогревания.

Выдерживание методом термоса подразумевает укладывание бетона, имеющего температуру 15...20 °С, в утепленную опалубку. За счет начального теплосодержания бетонной смеси теплоты, выделяемой в процессе твердения (явление экзотермии) бетон набирает заданную прочность до того момента, когда в какой-либо части забетонированной конструкции температура снижается до 0 °С.

Этот метод достаточно эффективен и для конструкций с большим модулем поверхности (до 8... 12), если осуществить предварительный электроразогрев бетонной смеси (рис.38) бункерах перед укладкой в опалубку (способ электротермоса). Бетонная смесь при этом форсированно разогревается в течение 5... 15 мин током промышленной частоты сетевого напряжения 220... 290 В до температуры бетонной смеси = 70...80 °С.

Разновидностью метода электротермоса является метод форсированного электроразогрева бетонной смеси сразу после ее укладки в опалубку с последующим повторным вибрированием. Разогревание смеси непосредственно в опалубке исключает преждевременную потерю подвижности, а повторное вибрирование сводит к минимуму возможность структурных нарушений, возникающих при форсированном разогревании. Этот метод более экономичен, так как требует меньшего расхода электроэнергии.

Методы электротермообработки бетона наиболее эффективны для конструкций с М6. Их можно разделить на три группы: электродный прогрев, индукционный прогрев и электрообогрев с применением различного рода электронагревательных устройств.

Электродное нагревание бетонных и железобетонных конструкций основано на превращении электрической энергии в тепловую при прохождении тока через свежеуложенный бетон, который с помощью электродов включается в электрическую цепь (рис.39, а). Электроды могут быть разных видов (стержневыми, пластинчатыми) и располагаться как внутри, так и снаружи прогреваемой конструкции.

Нагревание бетона в электромагнитном поле (индукционное) (см. рис.39, б) применяется для густо армированных конструкций линейного типа (балки, ригели, трубы, колонны). Вокруг опалубки прогреваемого элемента устраивают спиральную обмотку - индуктор из изолированного провода и включают его в сеть. Под воздействием переменного электромагнитного поля стальная опалубка и арматура, выполняющие роль сердечника (соленоида), нагреваются и передают тепловую энергию бетону.

Электрообогревание осуществляется с помощью электрических отражателей, печей, цилиндрических приборов сопротивления и др. Могут также применяться греющие (термоактивные) опалубки (рис.39, в, г). Их выполняют в виде утепленных щитов с проложенными в их толще нагревательными элементами. Такая опалубка экономична для бетонирования тонкостенных конструкций.

Инфракрасное прогревание (лампами) применяют в тех случаях, когда применение контактных методов прогревания затруднено.

Иногда применяют безпрогревный метод с введением в состав бетонной смеси химических добавок.

В условиях сухого жаркого климата (максимальная температур" окружающей среды выше 30 °С, средняя - выше 25 °С) процесс бетонных работ имеет ряд особенностей. При быстром обезвоживании в еще не окрепшем бетоне развиваются деструктивные явления, снижающие его конечную прочность. Качество бетона может быть обеспечено двумя способами: применением таких методов приготовления транспортирования и содержания бетона, которые уменьшают возможность его обезвоживания; сокращением сроков выдерживания бетона, ускоряя его твердение.

В условиях сухого жаркого климата важно сохранить требуемую подвижность бетонной смеси к моменту ее укладки в опалубку.

Это может быть обеспечено благодаря увеличению расхода воды, что связано с увеличением расхода цемента.

Более практичным является снижение температуры смеси при ее приготовлении.

Температура бетонной смеси может быть снижена на 20...25 °С в результате смачивания охлажденной водой заполнителей, их обдува холодным воздухом при подаче в смеситель и т.д. Для этого можно также добавлять лед в количестве до 50 % массы воды. Сохранение удобоукладываемости бетонной смеси может быть достигнуто и введением в бетонную смесь в процессе приготовления поверхностно-активных добавок (0,4...0,5% массы цемента).

Открытая поливка бетона не только не предохраняет его от обезвоживания, а, наоборот, способствует возникновению термического удара и интенсивной потере влаги.

Обезвоживание бетона особенно опасно при строительстве тонкостенных бетонных сооружений с большими открытыми поверхностями. Поэтому для предохранения от обезвоживания рекомендуется защищать свежеуложенный бетон различными пленочными покрытиями, что не только резко уменьшает потери воды, но и создает условия, близкие к твердению бетона в пропарочных камерах.

В районах с сухим жарким климатом экономично использовать такой дешевый источник энергии, как солнечное излучение. Для этого свежеуложенный бетон покрывают светонепроницаемыми полиэтиленовыми пленками, которые пропускают лучистую энергию и предотвращают потери воды, что существенно в районах с ограниченными ресурсами воды.

При строительстве сооружений с незначительными открытыми поверхностями водопотери бетона могут быть уменьшены благодаря покрытию горизонтальных поверхностей слоем воды 3...5 см (метод "водяного бассейна").

Обезвоживание бетона может быть сведено к минимуму и за счет сокращения времени его выдерживания. Для этого используют высокоактивные цементы, добавки - ускорители твердения, а также метод тепловой обработки.

Во избежание обезвоживания бетон после укладки в конструкцию защищают слоем пароизоляции.