Курсовая работа (т): Бетонные работы в условиях отрицательных температур

Особое внимание необходимо обратить на бетонные смеси с пористыми заполнителями. Они, с одной стороны, в результате отсоса заполнителями части связанной воды, при высокой температуре и низкой влажности теряют свою подвижность; с другой стороны, бетон на пористых заполнителях в процессе твердения меньше, чем бетон на тяжелых заполнителях испытывает отрицательное влияние жаркой и сухой погоды.

В условиях высокой температуры и низкой влажности в бетонную смесь, независимо от вида крупного заполнителя, необходимо вводить химические добавки; они уменьшают водопотребность бетонной смеси и снижают потерю подвижности.

В условиях жаркого климата на твердеющий бетон оказывают влияние нижеперечисленные факторы:

выделение тепла бетоном вследствие гидратации цемента;

передача тепловой энергии излучением из окружающей среды;

накопление бетоном теплоты за световой день;

выделение теплоты с поверхности бетона в окружающую среду конвективным путем (собственное излучение и отражение).

При ведении бетонных работ надо обеспечить необходимую подвижность бетонной смеси перед ее укладкой.

Существуют различные способы сохранения требуемой подвижности бетонной смеси:

увеличение расхода воды, но это вызывает соответствующий расход цемента;

снижение температуры бетонной смеси в процессе ее приготовления; и обеспечение сохранности консистенции бетонной смеси при транспортировании и укладки.

Снизить температуру смеси можно:

смачиванием заполнителей охлажденной водой;

обдуванием заполнителей холодным воздухом;

добавлением льда в количестве до 50 % массы воды;

добавлением в бетонную смесь жидкого азота;

введением в бетонную смесь при приготовлении поверхностно-активных добавок - 0,4¸0,5 % массы цемента.

Важной технологической задачей является предохранение бетонной смеси от обезвоживания после укладки в опалубку.

С этой целью применяют следующие способы:

периодический полив водой;

укрытие гидрофильными материалами: песком, опилками, мешковиной, соломенными и камышовыми матами, с последующим постоянным увлажнением;

укрытие пароводонепроницаемыми материалами: брезентом, полимерной пленкой, с обеспечением замкнутого пространства;

пропитывание полимеризующимися гидрофобными композициями;

нанесение на поверхность пленкообразующих составов;

укрытие поверхности теплоизоляционными материалами: полимерной пеной, термовлагоизоляционными покрытиями.

Как показывают результаты исследований, полив бетона не только не предохраняет бетон от обезвоживания, а вызывает так называемый термический удар через 10¸15 минут после полива: интенсивная потеря влаги, ухудшение поровой структуры и возникновение растягивающих напряжений в поверхностных слоях бетона более чем на 50 % больше допустимых.

При производстве бетонных работ в условиях высоких температур и низкой влажности используют в основном искусственные пленки. Правильный выбор пленки является весьма важным. Например, полиамидные пленки, являются прочными, эластичными, прозрачными, но под влиянием солнечной радиации у них появляются микро и макро трещины; они разрушаются при деформациях.

Для обеспечения в условиях жаркого климата нормальных температурно-влажностных режимов, используют пленки с функциональным защитным покрытием с коэффициентом лучистой энергии до 80 %; такое покрытие обеспечивает снижение скорости подъема температуры в 4 раза, но такие покрытия разрушаются при воздействии воды.

При бетонных работах в условиях сухого жаркого климата начальная усадка бетона и скорость ее протекания увеличиваются почти в два раза по сравнению с твердением бетона в летний период с умеренным климатом. В этой связи необходимо, чтобы промежуток времени между укладкой бетона в опалубку и началом ухода за ним был наименьшим.

Интенсификация твердения бетона

В условиях высокой температуры воздуха и низкой влажности путем сокращения сроков выдерживания бетона можно снизить уровень его обезвоживания. С этой целью используют методы интенсификации твердения бетона. Методы ускоренного твердения позволяют бетону достигнуть проектной или критической прочности. Величина критической прочности зависит от состава и класса бетона, вида и активности цемента, вида химических добавок, вводимых в бетон, режима выдерживания, водоцементного отношения и др.

Вместе с тем величина критической прочности не должна быть ниже 50 % проектной прочности.

Применяются следующие методы ускоренного твердения в условиях сухого жаркого климата:

метод предварительного форсированного электроразогрева бетонной смеси;

применение ускорителей твердения в композициях с пластифицирующими добавками;

метод тепловой обработки;

применение высокоактивных цементов.

Из перечисленных методов наиболее эффективным в некоторых случаях оказывается метод тепловой обработки, т. к. обеспечивает получение бетоном в относительно сжатые сроки необходимой прочности. Известно, что если бетон набрал 70¸80 % проектной прочности, то в дальнейшем, в условиях сухого климата, отпадает необходимость в специальном уходе.

В районах с сухим жарким климатом один из путей снижения энергетических затрат является использование энергии солнечной радиации. Так, например, свежеуложенный бетон покрывают светонепроницаемой полиэтиленовой пленкой; она пропускает лучистую энергию, но предотвращает потерю воды. На заводах железобетонных конструкций при полигонном изготовлении сборных конструкций используют гелиоформы со светопрозрачными и теплоизолирующими покрытиями. Такие установки обеспечивают получение в течение суток почти половины проектной прочности. Этой величины достаточно для распалубливания бетонной конструкции.

Интересным и простым решением в использовании солнечной энергии является прогрев бетона в результате выдерживания в «парниковом режиме» под светопрозрачными пленочными покрытия. Этот дешевый и доступный метод может быть широко применен для конструкций любой конфигурации, но наиболее эффективен он для распластанных конструкций.

Методы ускоренного твердения бетона могут быть наиболее эффективными при возведении многоэтажных зданий, высотных сооружений, в условиях сухого жаркого климата.[11]

Часть II. «Бетонирование в условиях отрицательных температур»

Особенности бетонирования в зимних условиях.

Понятие «зимние условия» при производстве бетонных работ несколько отличается от общепринятого - календарного. Зимние условия начинаются, когда среднесуточная температура наружного воздуха снижается до +5 °С, а в течение суток наблюдается падение температуры ниже 0 °С.

Неукрытый бетон при температуре ниже 0 ∘С замерзает, физико-химические процессы взаимодействия воды и цемента прекращаются, твердение бетона приостанавливается. Одновременно внутри бетона появляются силы смерзания и внутреннего давления, вызываемые увеличением объема воды при замерзании примерно до 10 %. Эти силы могут привести к недопустимым деформациям конструкции при раннем замерзании бетона. Кроме того, замерзшая вода образует тонкую пленку (наледь) на поверхности зерен заполнителей, что препятствует их сцеплению с цементом.

При оттаивании твердение бетона в условиях положительных температур возобновляется, но его прочность оказывается ниже требуемой, снижается сцепление бетона с арматурой, уменьшается его плотность и стойкость к воздействию внешних факторов. Однако опыт показывает, что если бетон замерзнет не сразу после укладки, а через некоторое время, в течение которого он успеет набрать определенную прочность, в последующем отрицательная температура наружного воздуха не оказывает существенного влияния на продолжающиеся процессы твердения, и бетон в конструкции приобретает заданную прочность.

Минимальная прочность бетона к моменту возможного замерзания называется критической. Для бетонов марок М100...М150 она не должна быть менее 50 % проектной прочности, для марок М200...М300 - 40 %, для марок М400... ...М500 - не менее 30 %, но в любом случае не меньше 5 МПа; для конструкций с предварительно напряженной арматурой, пролетных строений мостов и других особо ответственных железобетонных сооружений - не менее 80 % проектной прочности и 100 % для конструкций, подвергающихся сразу после выдерживания действию расчетного давления воды.

Многолетняя практика производства работ в зимних условиях, основанная на исследованиях советских ученых и опыте строителей-производственников, дала возможность разработать современную технологию зимних бетонных работ, предусматривающую специальные приемы подачи и укладки бетонной смеси и особые условия выдерживания бетона. Задача состоит в том, чтобы искусственно создать и поддерживать температурно-влажностный режим для твердения бетона, выдерживаемого при низких температурах воздуха, в течение времени, требуемого для достижения бетоном критической или проектной прочности, стремясь к ускорению срока распалубки конструкций.

Применяют несколько различных технологических приемов создания искусственной среды для выдерживания бетона в зимних условиях. Это - безобогревные методы, к которым относятся методы термоса и термоса с химическими добавками, и методы искусственного подогрева конструкций, включающие электротермообработку бетона, паро- и воздухопрогрев. В последнее время расширяется область применения тепляков.

Подготовительные и транспортные работы.

До начала бетонных работ необходимо:

установить арматуру;

смонтировать опалубку;

подготовить и проверить исправность технологического оборудования для подачи бетона в опалубку;

проверить и подготовить к работе вибраторы;

проверить наличие гидроизоляционного материала и утеплителя для укрытия неопалубленных поверхностей и соответствие их требованиям технологической карты;

проверить общее состояние нагревателей, термоактивных щитов и т.д.;

проверить соответствие омического сопротивления нагревателей и их удельной мощности паспортным данным, электрическое сопротивление изоляции нагревателей и коммутирующей разводки (величина сопротивления должна быть не менее 0,5 Мом).

Для перевозки бетонной смеси в зависимости от осадки конуса, сроков схватывания, дальности перевозок, состояния дорог, а также факторов окружающей среды могут применяться следующие транспортные средства: автобетоносмесители, автобетоновозы, автосамосвалы. Транспортирование смеси может осуществляться в бадьях и бункерах, установленных на автомашинах, а также на железнодорожных платформах с мото- или электротягой.

Средства, предназначенные для транспортирования бетонной смеси, должны обеспечить сохранность ее свойств во время транспортирования, а также исключить возможность влияния факторов окружающей среды. Доставка бетона к месту укладки организуется таким образом, чтобы на месте укладки он имел заданную подвижность и однородность, а изготовленный бетон отвечал бы требованиям проекта. Выбор рациональных маршрутов и разработку графиков доставки бетонной смеси с завода на строительные объекты рекомендуется осуществлять в едином диспетчерском центре с помощью автоматической системы управления (АСУ) бетонорастворными заводами на электронно-вычислительных машинах. Если количество объектов незначительное и поток бетона мал, разрешается графики доставки бетона разрабатывать вручную по специально составленным программам математическими методами линейного и динамического программирования. Для сохранения технологических свойств бетонной смеси необходимо соблюдать следующие требования:

. Транспортирование смеси осуществлять по дорогам с жестким покрытием и без каких-либо дефектов.

. Стремиться к сокращению перегрузочных операций, желательно бетон укладывать непосредственно в опалубки или в бетоноукладочное оборудование.

. С целью предотвращения расслаивания при выгрузке ограничить высоту свободного падения бетона до 1,5 м, в противном случае обеспечить строительную площадку вибролотками или виброхоботами.

При выборе автотранспортных средств для перевозки бетонной смеси необходимо учитывать расстояние (или время) транспортирования, класс дороги, погодные условия, подвижность смеси. Максимально допустимое расстояние перевозки бетонной смеси () рекомендуется ориентировочно принимать по табл. 1 и 2.

табл. 1

табл. 2

Методы и режимы выдерживания бетона при отрицательных температурах.

Широкому развитию зимнего бетонирования способствовали исследования советских ученых А. В. Барановского, А. В. Вавилова, Н. Н. Данилова, А. М. Зеленина, А. Е. Кириенко, Б. А. Крылова, С. А. Миронова, В. В. Михайлова, В. М. Москвина, В. Н. Сизова, Б. Г. Скрамтаева, И. Г. Совалова, В. Ф. Утенкова, С. В. Шестоперова и др.

Как известно, бетон является искусственным камнем, получаемым в результате твердения рационально подобранной смеси цемента, воды н заполнителей. Согласно современным представлениям, образование и твердение цементного камня проходят через стадии формирования коагуляционной и кристаллических структур.

В стадии образования коагуляционной (связной) структуры вода, обволакивая мелкодисперсные частицы цемента, образует вокруг них так называемые сельватные оболочки, которыми частицы сцепляются друг с другом. По мере гидратации цемента процесс переходит в стадию кристаллизации. При этом в цементном тесте возникают мельчайшие кристаллы, превращающиеся затем в сплошную кристаллическую решетку. Этот процесс кристаллизации и определяет механизм твердения цементного камня и, следовательно, нарастания прочности бетона.

Ускорение или замедление процесса образования и твердения цементного камня зависит от температуры смеси и адсорбирующей способности цемента, определяемой его минералогическим составом.

Для твердения цементного камня наиболее благоприятная температура от 15 до 25°С, при которой бетон на 28-е сутки практические достигает стабильной прочности. При отрицательных температурах вода, содержащаяся в капиллярах и теле, замерзая, увеличивается в объеме примерно на 9%.

В результате микроскопических образований льда в бетоне возникают силы давления, нарушающие образовавшиеся структурные связи, которые в дальнейшем при твердении в нормальных температурных условиях уже не восстанавливаются. Кроме того, вода образует вокруг крупного заполнителя обволакивающую пленку, которая при оттаивании нарушает сцепление, т. е. монолитность бетона. При раннем замораживании по тем же причинам резко снижается сцепление бетона с арматурой, увеличивается пористость, что влечет за собой снижение его прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

При оттаивании замерзшая свободная вода, вновь превращается в жидкость и процесс твердения бетона возобновляется. Однако из-за ранее нарушенной структуры конечная прочность такого бетона оказывается ниже прочности бетона, выдержанного в нормальных условиях, на 15...20%. Особенно вредно попеременное замораживание и оттаивание бетона.

Прочность, при которой замораживание бетона уже не может нарушить его структуру и повлиять на его конечную прочность, называют критической.

Таким образом, при бетонировании в зимних условиях технологическая задача в основном заключается в использовании таких методов ухода за бетоном, которые обеспечили бы достижение предусмотренных проектом конечных физико-механических характеристик (прочность, морозостойкость и др.) или критической прочности.