Возведение зданий и сооружений в зимних условиях.

По нормативным требованиям условия зимнего периода наступают при установлении среднесуточной температуры на­ружного воздуха ниже 5°С и при минимальной суточной тем­пературе ниже 0°С. Подобные климатические условия продол­жаются на территории России в среднем 6...7 месяцев в году. Зимний период в наибольшей степени оказывает влияние на возведение конструкций зданий и сооружений из монолитного бетона. Прекращение бетонных работ зимой привело бы к увеличению сроков строительства объектов, возрастанию на­кладных расходов и сроков оборачиваемости инвестиций.

К производству бетонных работ в зимний период предъяв­ляется ряд требований, основные из которых:

 

• 
  выбор и технико-экономическое обоснование способа
  зимнего бетонирования, разработка технологической карты
  производства работ;
• 
  необходимость подогрева бетонной смеси на стадии при­готовления до температуры не более 35°С;
• 
  максимальное сохранение начальной тепловой энергии
  бетонной смеси при ее доставке на объект и в период укладки
  в конструкцию;
• 
  удаление снега из заопалубленного пространства и нале­ди с арматурного каркаса;
• 
  увеличение продолжительности уплотнения бетона на
  25% при его укладке в конструкцию;
• 
  обеспечение заданных температурно-влажностных усло­вий выдерживания бетона;
• 
  достижение требуемой прочности бетона по морозостой­кости до его замораживания.

Основной проблемой является замерзание в бетоне в начальный период его структурообразования химически несвязанной воды затворения с по­следующим увеличением ее объема до 9% и сопутствующим разрушением связей в бетоне. При этом его конечная прочность на 15...20% ниже прочности бетона, выдержанного в нормальных условиях.

Замерзание воды в бетоне влияет и на другие процессы, снижающие его прочность. Так, ледяная пленка обволакивает арматуру и заполнитель в бетоне, препятствуя тем самым их необходимому сцеплению с цементным тестом и созданию плотной структуры бетона после оттаивания.

Основой формирования технологии зимнего бетонирования является обеспечение условий, при которых монолитные желе­зобетонные конструкции в короткие сроки с наименьшими затратами могли бы набрать критическую прочность по моро­зостойкости или требуемую для восприятия проектных нагру­зок с необходимым качеством.

Подготовка к производству работ начинается с анализа особенностей бетонирования и предполагаемых условий эксп­луатации монолитных конструкций. Основные факторы, влия­ющие на технологию бетонирования:

 

• 
  модуль поверхности М_п, характеризующий массивность
  конструкции и определяемый как отношение суммарной пло­щади наружных охлаждающихся поверхностей бетонируемой
  конструкции к объему бетона этой конструкции;
• 
  предварительный нагрев основания (промороженного
  грунта, подстилающего слоя), на которое будет укладываться
  бетонная смесь до температуры 4О...5О°С, и прогрев конструк­ции в глубину до 30 см;
• 
  класс бетона, его начальная температура, степень арми­рования конструкции, тип и особенности опалубки, техниче­ские и химические средства воздействия на бетон в период
  его выдерживания и т. д.

^ Технология бетонирования конструкций без искусственного обогрева

Возведение монолитных конструкций без искусственного обогрева является наиболее экономичным способом зимнего бетонирования. Экономическая эффективность при этом до­стигается за счет максимального использования внутренних источников тепловой энергии, полученной бетонной смесью при ее приготовлении путем применения, как правило, подо гретой (до 70°С) воды затворения, а также за счет энергии, выделяемой в твердеющем бетоне в процессе протекания ре­акции гидратации цемента с водой (экзотермия цемента).

Применение противоморозных добавок предотвращает за­мерзание жидкой фазы в бетоне в период его твердения при отрицательных температурах, продлевая период протекания ре­акции гидратации и набора бетоном прочности.

^ МЕТОД «ТЕРМОСА»

На использовании внутренних источников энергии основан самый распространенный метод выдерживания бетона — метод «термоса». Его сущность заключается в том, что за счет нача­льной энергии и последующей экзотермии цемента массивная теплоизолированная конструкция набирает требуемую проч­ность за расчетный период времени до замерзания.

Целесообразность применения метода «термоса» устанавли­вается в результате технико-экономического расчета с учетом массивности конструкции, активности и тепловыделения це­мента, температуры уложенного бетона и наружного воздуха, скорости ветра, а также возможности получения заданной прочности бетона в установленный срок.

^ ПРИМЕНЕНИЕ ПРОТИВОМОРОЗНЫХ ДОБАВОК

Сущность технологии зимнего бетонирования заключается в том, что растворы солей, введенные в бетонную смесь при ее приготовлении, в процессе выдерживания уложенного в конструкцию бетона, имеющего положительную начальную температуру, значительно продлевают состояние жидкой фазы, обеспечивая тем самым протекание реакции гидратации даже в условиях отрицательных температур. К числу используемых солей относятся нитрит натрия, нитритт кальция, поташ, хло­ристый натрий и др.

Достоинства технологии с использованием противоморозных добавок заключаются в минимальных физических и материальных затратах на ее реализацию. Недостатками техно­логии являются самый длительный период приобретения бето­ном критической прочности, негативные последствия при нару­шении требований по применению противоморозных добавок (коррозия арматуры, высолы на поверхности).

Безобогревные методы зимнего бетонирования прогресс основывает­ся на разработке новых теплоизоляционных материалов, обес­печивающих надежную изоляцию свежеуложенного бетона в конструкцию любой формы, внедрении новых недорогих и эффективных добавок — ускорителей твердения бетона, одно­временно являющихся противоморозными, в обеспечении опе­ративных расчетов и автоматического контроля за условиями выдерживания бетона с применением ЭВМ непосредственно

на объекте.

^ Бетонирование конструкций с термообработкой

Термообработка бетона представляет собой искусственное внесение тепловой энергии в монолитную конструкцию в пери­од ее твердения с целью сокращения периода выдерживания бетона и приобретения им критической или проектной прочно­сти до замерзания.

Тепловое воздействие на прогреваемый бетон осуществля­ется несколькими методами, отличающимися способами пере­дачи тепловой энергии. Самыми распространенными из них в практике строительства являются следующие.

1. Контактный способ, обеспечивающий передачу тепловой энергии от искусственно нагретых тел (материалов) прогревае­мому бетону путем непосредственного контакта между ними (рис. 28.1).

2. ^ Конвективный способ, при котором передача тепла от искусственных источников нагреваемым объектам (опалубке или бетону) происходит через воздушную среду путем конвек­ции (рис. 28.2).

Достоинства конвективного метода — незначительная трудо­емкость работ и замкнутое пространство вокруг прогреваемой конструкции посредством инвентарных ограждений и пологов, например, из брезента. Недостатки: значительные потери тепловой энергии на нагрев посторонних предметов и воздуха, большая продолжительность цикла обогрева (3...7 сут) и, как следствие, высокий показатель удельного расхода энергии (свы­ше 150 кВт • ч на прогревание 1м³ бетона).

Р и с. 28.2. Схема конвективного нагрева монолитных конструкций:

1 — забетонированная стена; 2 — электропушка (электрокалорифер); 3 — опалубк 4 —теплоизоляция; 5 — направление теплового потока вдоль стены; 6 — инвентарный лог из брезента; 7 — нагреваемая воздушная среда; 8 — принудительная конвекция

3. Электропрогрев основан на выделении в твердеющем бе­тоне тепловой энергии, получаемой путем пропускания элект­рического тока через жидкую фазу бетона, используемую в ка­честве омического сопротивления. При этом пониженное напряжение к прогреваемой монолитной конструкции подво­дят посредством различных электродов (стержневых, полосо­вых и струнных), погружаемых в бетон или соприкасающихся с ним (рис. 28.3). Преимущества метода: в качестве электродов используют подручные материалы — арматуру или листовой металл, потери тепловой энергии минимальны. Недостатки: безвозвратные по­тери металла —стержневых электродов (остающихся в теле за­бетонированной конструкции), значительная трудоемкость при реализации метода (особенно при использовании арматурных стержней), необходимость регулирования (снижения) электри­ческой мощности посредством понижающего трансформатора при уменьшении удельного электрического сопротивления бе­тона, вероятность появления температурных напряжений в зо­нах примыкания бетона к электродам.

4. ^ Инфракрасный нагрев основан на передаче лучистой энер­гии от генератора инфракрасного излучения нагреваемым по­верхностям через воздушную среду.

Недостаток технологии: значительная трудоемкость метода, связанная с переносом, расстановкой и подключением к элек­трической сети технических средств (ИПУ), необходимость обеспечения замкнутого объема для сокращения затрат тепло­вой энергии (особенно в ветреную погоду), а также высокий удельный расход электроэнергии: 80... 120 кВт • ч на прогрева­ние 1 м³ бетона.

Рис. 28.3. Схемы электропрогрева монолитных конструкций:

а — стены; б — ленточного фундамента; 1 — забетонированная конструкция; 2 — электро­ды полосовые и стержневые; 3 — опалубка; 4 — теплоизоляция; 5 — контактные выводы; 6 — выводы электроразводки.

6. ^ Греющие провода. Для отдельных видов бетонируемых конструкций, в том числе и при несъемной опалубке из пенополистирола, рекомендуется применять нагревательные провода с металлической токонесущей изолированной жилой, подклю­чаемые в электрическую сеть и работающие, как нагреватели сопротивления.

Нагревательные провода размещают в конструкции перед бетонированием. В монолитных стенах применяют вертикаль­ную навивку нагревательного провода. Провод закрепляют сна­ружи на вертикальные сетки и каркасы, в наиболее защищен­ной зоне при бетонировании — между арматурой и опалубкой. В перекрытиях провод размещают в нижней части, закрепляя по сетке и арматурному каркасу. Греющий провод применяют в виде последовательно соединенных отрезков длиной 30...45 м. Провода к арматуре крепят вязальной проволокой.