Бетонні роботи в зимових умовах

Які особливості бетонування при негативних температурах

Від вигляду і мінералогічного складу цементу залежить швидкість і глибина гідратації його зерен і, отже інтенсивність твердіння і кінцева міцність цементного каменя. Ці залежності будуть особливо великими за різних температурно-вологих умов, які мають місце при бетонуванні взимку. Тому раціональний вибір методу мал. 2.3.1 і режиму витримки| бетону в зимовий час треба проводити з урахуванням вигляду і мінералогічного складу цементу, а також вживаних добавок.

Гідратація цементу належить до екзотермічних, тобто супроводжується виділенням тепла, що при зимовому бетонуванні має велике практичне значення. Чим вищі активність цементу, його питома витрата і початкова температура бетону, тим при твердінні більше виділяється тепло. Чим конструкція масивніше, тим відносно менше буде втрата тепла через поверхню, вище температура і тривалість охолодження. У масивних конструкціях тепловиділення дуже тривале, а кількість виділеного тепла настільки велика, що обігрівати бетон не потрібно (до 50° С).

Шкідливий вплив заперечливих температур на бетон в ранньому віці позначається в наступному.

По-перше, при замерзанні вода, що міститься в бетоні, вільна, замерзає, і, як тверде тіло, в хімічну сполуку з цементом не вступає; тому реакція гідратації, а отже, і твердіння бетону не відбувається. Якщо до замерзання твердіння не розпочалося воно не розпочнеться і після замерзання, а якщо почалося, то припиняється на якийсь час, доки вільна вода в бетоні перебуватиме в твердій фазі; у бетоні настає так званий анабіоз.

По-друге, замерзаюча вода на 9 % збільшується в обсязі; у порах бетону розвивається великий тиск, чому структура бетону порушується.

По-третє (найголовніше), вода, що скоплюється на поверхні крупного заповнювача, при замерзанні утворює тонку крижану плівку, яка порушує зчеплення між заповнювачем і розчином, необхідне для монолітності бетону.

При відтаванні замерзла вільна вода перетворюється на рідину, твердіння бетону поновлюється, і в ньому відбуваються ті ж процеси, що і до замерзанні, але вже при його структурі, що змінилася.

Зниження кінцевої міцності буде тим більше, чим в ранішому віці настало замерзання бетону. Воно найнебезпечніше в період схоплювання цементу; в цьому випадку неминуче не тільки значне зниження міцності, але і помітне порушення структури бетону. Настільки ж шкідливі і багатократні замерзання і відтавання бетону на початку твердіння, що можливо на початку і кінці зими, коли відлига змінялася заморожуваннями. Наслідки морозу особливо великі, якщо передчасно замерзлий бетон після відтавання не піддавався спеціальному догляду.

Раннє замерзання сильно знижує зчеплення бетону з арматурою, що має особливо велике значення для конструкцій, динамічних й вібраційних навантажень, що піддаються дії.

Замерзання в ранньому віці зменшує щільність бетону, чому збільшується водопроникність й знижується стійкість бетону проти вилуговування, вивітрювання і інших шкідливих дій.

Залежність між віком і міцністю бетону при замерзанні з якого видно, що при заморожуванні бетону після досягнення їм деякого віку (6 діб при 15°), що іменується критичним, втрата міцності бетоном, що тверднув потім в нормальних умовах різко знижується і складає близько 15 % від R₂₈.

Мал 1. Залежність відносної міцності бетону на портландцементі| від температури| і тривалості прогрівання.

Якщо до заморожування витримувати бетон при температурі нижчої, ніж нормальна, цей термін збільшується, при вищій - зменшується. Оскільки|тому що| взимку застосовуються бетони, що готуються на цементах| з|із| різною інтенсивністю твердіння| в першу добу, те поняття про критичний вік краще замінити поняттям| критична міцність, прийнявши її в 25 % від марки бетону.

Мал. 2. Залежність відносної міцності бетону від часу витримки при заморожуванні.

Величина критичної міцності характеризує опірність бетону механічним діям що ж до щільності і водонепроникності, то порівняно невелике зниження їх буде лиш| при заморожуванні бетону після досягнення 40% міцності від марки бетону.

Технічними умовами заморожування допускається після досягнення бетоном не менше 50 % проектної міцності і не менше 5 МПа/см (для бетонів марки нижче 100), а для конструкцій пролітних будов мостів - не менше 70 % проектної міцності, якщо проектом споруди або виробництва робіт не передбачені вищі вимоги до міцності бетону до моменту його замерзання.

Основними завданнями при зимовому бетонуванні є прискорення терміну тієї, що розпалубила конструкцій й передача на них в зимових же умовах хоч би неповного розрахункового завантаження|.

Видалення бокових щитів опалубки (при роботі в теплицях або весні) допускається після досягнення бетоном міцності 25 МПа незалежно від марки бетону; при цьому розпалублений бетон обов'язково оберігають від втрати вологи (вкривають і поливають). У інших випадках розпалубила може проводитися при тій же міцності бетону, як і що укладається в літніх умовах. Опалубку і утеплення треба знімати не раніше охолодження бетону в зовнішніх шарах до +5° С, не допускаючи примерзання опалубки до бетону. Для зниження перепаду температур в телі масивів і уникнення поверхневих тріщин в бетоні розпалублені конструкції повинні тимчасово ховатися, якщо різниця температур поверхневого шару бетону і зовнішнього повітря складає 30° С біля конструкцій з Мп > 5 і 20° для інших.

Прискорення твердіння бетону взимку має виключно велике значення. Воно може бути досягнуте за допомогою підвищення температури витримки бетону; застосування цементів підвищеної активності і відповідного мінералогічного складу; використання тих, що швидко тверднуть цементів| і бетонів; зменшення В/Ц і підвищення чистоти заповнювачів; збільшення тривалості перемішування; вібрації суміші при укладанні; використання прискорювачів твердіння|.

Взимку слід готувати бетонну суміш з мінімально допустимим за умовами легкоукладуваності водоцементним відношенням.

На інтенсивність твердіння бетону істотно впливає чистота заповнювачів. Особливо небезпечний взимку пісок, забруднений органічними домішками (звичайно гумусом), які не тільки знижують міцність розчину і бетону, але і уповільнюють твердіння в ранньому віці.

При збільшенні (до відомих меж) тривалості перемішування суміші відбувається повніша взаємодія між водою і зернами цементу, унаслідок чого прискорюється твердіння, дещо збільшується кількість того, що виділяється цементом тепла, підвищується міцність бетону, його однорідність, легкоукладуваність і водонепроникність. Тривалість перемішування суміші взимку проти норм літнього часу збільшується в середньому в 1,5 разу.

Вібрація дає можливість укладати жорсткішу суміш і при збереженні прийнятого В/Ц зменшити витрата цементу.

Прискорення твердіння найефективніше досягається введенням в бетони і розчини прискорювачів: хлористого кальцію, а також соляної кислоти.

Прискорююче дію цих добавок полягає в підвищенні розчинності вапно портландцементу і прискоренні розкладання мінералів клінкеру.

Рекомендовані методи зимового бетонування залежно від виду конструкції а табл.1

Таблиця 1

Як проводиться приготування бетонних сумішей в зимових умовах

Приміщення для зберігання цементу повинні мати щільні огорожі, що не допускають попадання снігу. При подачі цементу стислим повітрям це-ментопровід утепляють, а повітря зневоднюють, пропускаючи через фільтри, щоб уникнути утворення конденсату і цементної кірки на стінках трубопроводів.

Заповнювачі слід зберігати на сухих, піднесених і розчищених місцях, захищених від сніжних занесень. Замерзлі заповнювачі, що прибувають по залізниці, розпушують спеціальними розпушувальними установками.

При невеликих об'ємах робіт гравій доцільно заготовляти і промивати наперед, восени. При великих обсягах рекомендується переводити на щебінь, що не вимагає промивки, особливо якщо його дробили незадовго до використання. Якщо все ж таки заповнювачі доводиться промивати, то це роблять в зачиненому приміщенні, перед самим вживанням. Коли в заповнювачах немає мерзлих грудок, а морози невеликі, промивають звичайним способом.

Взимку залежно від стану матеріалів, умов і методу робіт доводиться підігрівати воду, а іноді і заповнювачі, якщо там є замерзлі грудки, а на крупних зернах — лід. Щебінь треба підігрівати до позитивної температури, цемент і дрібномолоті добавки не нагрівають.

Воду і заповнювачі нагрівають з таким розрахунком, щоб температура бетонної суміші при укладанні була не нижче потрібною. Крім того, повинен бути деякий запас тепла, що витрачається від моменту укладання до початку обігріву в конструкції, а при методі термоса — протягом всього періоду витримки бетону.

Температура матеріалів при завантаженні в змішувач і бетонної суміші при виході з нього повинні бути не вище вказаних табл

Таблиця 2

У змішувач одночасно з початком подачі підігрітої води завантажують крупний заповнювач, а після заливки половини необхідної кількості води і декількох оборотів барабана (чаші) змішувача — пісок і цемент. Тривалість перемішування бетонної суміші в порівнянні з літньою збільшується на 25—50 %.

Нагрів води в резервуарах звичайно проводиться пуском пари в бак з водою або передачею тепла пари через стінки труб.

Нагрів заповнювачів. У будь-яких пристроях для відтавання і підігріву матеріалів передача тепла теплоносієм відбувається шляхом контактного або конвективного теплообміну. У першому випадку тепло від теплоносія передається від частинки до частинки матеріалу і повітря, що міститься між ними. У другому випадку матеріал підігрівається шляхом безперервного зіткнення з теплоносієм, при якому інтенсивність теплообміну значно вище, ніж в першому.

Заповнювачі нагрівають парою, що пропускається через масу матеріалів, що підігріваються, або суцільними паровими трубами. Перспективний нагрів в сушильних барабанах, що обертаються, в шахтних печах, в установках з продуванням димових газів через шар заповнювача, а також гарячою водою.

Нагрів заповнювачів може бути одноступінчатим, коли проводиться одночасно відтавання і підігрів матеріалів, і двоступінчатим, коли на одних установках їх тільки відтають, а на інших — підігрівають до розрахункових температур, що застосовують на крупних гидростройках.

Приготування бетонної суміші повинне проводитися в приміщеннях, що обігріваються; у них же звичайно підігрівають матеріали, а іноді і промивають гравій. Для збереження тепла і підвищення температури розміри бетоного заводу повинні бути мінімальними, а входи і виходи влаштовані так, щоб можливо менше втрачалося тепло. На сучасних будівництвах, як правило, будують бетонні заводи збірно-розбірної конструкції, в стінах і даху яких передбачено утеплення (звичайно дерев'яними щитами).

Розрахунок температур нагріву і теплозатрат. За наявності схеми операцій, передуючих початку витримки бетону, підрахунок зводиться до встановлення приватних втрат в градусах, їх підсумовуванню і визначенню t_{т CM} (як суми t_б.н. всіх приватних втрат). Після цього підбирають такі значення температур матеріалів, які забезпечили б потрібну t_т.см.. Підбір проводять по формулі Ріхмана – Ськрамтаєва

(1)

Температуру води слід призначати можливо вищої. Що ж до гравію або щебеня, то їх бажано приводити лише в талий стан, відігріваючи до 5°.

Таким чином, залишається тільки одне невідоме - температура піску, яку і знаходять по формулі

(2)

Якщо при першому підборі температура піску виявиться вище допустимою (табл.) або небажаною, то задані три температури міняють і розрахунок проводиться знову, поки не будуть отримані необхідні результати.

Наступний етап розрахунку - визначення кількості тепла, необхідного для нагріву води і заповнювачів від їх початкової температури t„ до підібраної кінцевої tK.

Температура води з водопроводу звичайно не опускається нижче 5°; її і беруть за початкову. Температура заповнювачів, що зберігаються у відкритих штабелях, приймається рівній температурі зовнішнього повітря. Кінцева температура нагріву кожного з матеріалів визначиться як сума розрахункової температури нагріву даного матеріалу по формулі (2) і зниження його температури при транспортуванні від місця нагріву до бетономішалки.

Теплозатрати на нагрів води (Q) від t„ до tK визначають по формулі

Q_в = y_b-c_b(t_k-t_h)v, ккал, (3)

де у_в - об'ємна вага води кГ/м3;

с_в- питома теплоємність води

ккал/кГ- град;

v - об'єм води, що нагрівається, м3. При y_в= 1000 и с_в=1

Q.=(t_к-t_н)-1000v. (4)

Теплозатрати на нагрів мерзлих заповнювачів (Q₃) від t_н до t_к в загальному випадку визначають по формулі

Q₃ = vy_в [с_в| -(t_к –t_н)+ i₃ (0,5t_h+80 + t_k)], ккал (5)

де v - об'єм матеріалу, що підігрівається, м³;

y_b - об'ємна вага абсолютно сухого заповнювача, кГ/м ;

с₃- питома теплоємність заповнювача, ккал/кГ-град;

i₃ - відносна вагова вологість заповнювача %;

0,5 - питома теплоємність льоду, ккал/кГ- град;

80 - прихована теплота плавлення льоду, ккал/кГ.

Поверхня нагрівальних приладів, через які пропускають пару або гарячі гази при нагріві води і заповнювачів, визначається по формулі

(6)

де Q_max= Q_b +Q₃ - максимальна годинна потреба тепла для нагріву води (Q_b) і заповнювачів (Q₃), ккал; k- коефіцієнт теплопередачі нагрівального приладу, ккал/м²час-град;

t_t- температура теплоносія, визначувана для пари (по таблицях) залежно від його тиску, а для гарячих газів — як середня температура газів, що входять в нагрівальні прилади і виходять з них;

t_m- середня температура між початковою і кінцевою температурами матеріалів, що нагріваються.

Знаючи потрібну для нагріву кількість тепла в 1 годину, витрату палива (А) визначають по формулі

(7)

де Q - кількість необхідного тепла, ккал/година;

έ- теплотворна здатність палива, ккал/кГ (береться з таблиць);

η — коефіцієнт корисної дії нагрівального пристрою

Мал. Підігрів топковими газами заповнювача в штабелі;

а - у відкритому штабельно-траншейному складі;

б - в напівбункерному складі;

1 - нагнітально-нагрівальний короб;

2 — відсипання з крупного заповнювача; 3 - всмоктуючий короб

Як проводиться транспортування бетонних сумішей в зимових умовах?

При транспортуванні бетонних сумішей необхідно вживати всі заходи до скорочення часу від моменту приготування замісу до надходження|вступу| бетонної суміші на місце укладання, користуючись рекомендаціями табл. 2.3.2. і не допускати розшарування суміші, втрат цементного розчину і заданої пластичності.

Таблиця 3. Гранично допустимий вік бетонної суміші до початку її укладання

Бетонну суміш слід транспортувати від місця приготування до місця укладання по можливості без перевантажень. Не слід допускати горизонтальних переміщень бетонної суміші, вивантаженої на місце укладання.

Максимальна висота вільного падіння суміші повинна бути не більше 3 м.

Бетонна суміш на час перевезення від вузла, бетонного розчину, до місця укладання в справу повинна бути обережена від шкідливих атмосферних дій (сніг, дощ).

При транспортуванні сумішей повинні бути прийняті заходи по оберіганню їх від охолоджування і намерзання на стінки баддь, кузовів, автосамоскидів:

• тара, призначена для перевезення бетонної суміші, повинна бути ретельно утеплена, а після закінчення робіт очищатися від залишків суміші;

• вантаження, перевезення і розвантаження сумішей повинні проводитися можливо швидше;

• при великих морозах рекомендується використовувати гази, що відходять, для обігріву кузовів автосамоскидів і вкривати суміш, що перевозиться, утепленими покривалами;

• приміщення, в яких знаходяться бетононасоси, повинні утеплятися і опалюватися;

• галереї магістральних транспортерів слід утепляти і отаплювати над розподільними транспортерами бажано встановлювати брезентові покриття;

• бетоноводи повинні бути утеплені на всьому протязі; утеплення рекомендується проводити повстю або шлаковатою з покриттям пергамином або толем з обмоткою дротом; відігрівання бетоноводів перед початком роботи слід здійснювати за допомогою гострої пари;

• хоботи і віброхоботи, що знаходяться на відкритому повітрі, також повинні бути утеплені;

• кінцева температура укладеного в конструкцію бетону або розчину залежить від стану температури зовнішнього повітря і тих тепловтрат, які матиме суміш при транспортуванні, перевантаженні і укладанні її в конструкцію.

Транспортування до місця укладання бетонної суміші, приготованої з підвищеними добавками хлористих солей, слід проводити звичайними способами, без утеплення транспортних засобів. Бетонну суміш слід захищати від попадання снігу.

Тепловтрати при перевезенні бетонної суміші в автосамоскидах і баддях можна за відсутності досвідчених даних визначати по наступній наближеній формулі:

t_б.н.=A t_б.т.+Bt_н.в. (8)

де

t_б.н - температура суміші після|потім| вивантаження з|із| транспортних засобів;

t_б.т -температура суміші при вантаженні|навантажуванні| в транспортні засоби;

t_н.в- температура зовнішнього повітря.

К-коефіцієнт теплопередачі суміші, завантаженої в кузов автомашини або баддю, в ккал/м² годину град;

М_п F/V- модуль поверхні завантаженої суміші;

F -поверхня завантаженої суміші в м²;

V- об'єм|обсяг| завантаженої суміші в м³;

t- тривалість транспортування.

У разі перевезення суміші на автосамоскидах звичайних марок розрахунок по формулі може бути полегшений використанням значень А до В, приведених для ряду термінів в табл. 3

Суміш занурюється на заводі в баддю, встановлену на автомашину, і в місці приймання вивантажується кранами в бункери або безпосередньо в бетоновані конструкції.

Таблиця 4. Значення А до В при перевезенні бетонної суміші в автомашинах, укритих брезентовими фартухами

Примітка. Для інших термінів перевезення відповідні дані визначаються інтерполяцією або перерахунком.

Таблиця 2.3.4. Технічна характеристика основних типів бадьї, вживаних при перевезенні бетонної суміші

Таблиця 2.3.5. Значення А і В для основних типів баддів

У чому полягає бетонування способом термоса?

Метод термоса полягає в тому, що твердіння бетону, укладеного на відкритому повітрі і утепленого, відбувається за рахунок тепла, внесеного в нього при приготуванні і що виділяється цементом при твердіння. Причому кількість тепла і утеплення бетону повинні бути достатніми для того, щоб він встиг придбати необхідну для тієї, що розпалубила міцність, перш ніж температура в якій-небудь його частині|впаде до 0. Витримка бетону методом термоса є найбільш економічним і простим у виробництві, оскільки не вимагає пристроїв по обігріву бетону в конструкціях, їх обслуговування і витрати електроенергії пари або палива. Неможливість регулювання охолодження бетону, залежного від температури зовнішнього повітря, вимагає попереднього розрахунку тривалості цього охолодження (встановлюючого можливість застосування методу термоса) і строгого дотримання умов, передбачених розрахунком.

Тривалість охолодження бетону за інших рівних умов (склад бетону, температура його і зовнішнього повітря, утеплення і ін.) залежить від масивності конструкції, яка характеризується відношенням суми охолоджуваних (зовнішніх) поверхонь F до об'єму V - модулем поверхні:

Мп = F/V