Критическая прочность для бетонов марок ниже М200 должна быть не менее 50% проектной и не ниже 5 МПа, для бетонов марок М200...М300 - не ниже 40%, для бетонов марок М400...М500 - не ниже 30%. Для предварительно напряженных конструкций прочность бетона к моменту замораживания не должна быть ниже 70% 28-суточной прочности.
Тепляки
Метод выдерживания бетона в искусственных укрытиях (тепляках) связан с дополнительными затратами, осложняет производство смежных работ и не сокращает сроков строительства. Поэтому его используют, когда это вызвано технологической необходимостью.
Конструкция тепляка обычно состоит из трубчатого каркаса, обшитого фанерой и легким утеплителем.
Для бетонирования линейных сооружений можно применять катучие тепляки, передвигающиеся по рельсовому пути.
Эффективность искусственных тепляков может быть повышена при использовании в качестве укрытий пневматических конструкций.
Метод «термоса» наиболее эффективен для конструкции с модулем поверхности меньше 6. Однако благодаря правильному выбору расчетных параметров процесса термосного выдерживания бетона область применения метода может быть значительно расширена.
Оптимальные значения расчетных параметров режима термосного выдерживания могут быть выбраны с помощью математического моделирования. В данном случае математические модели могут быть представлены в виде системы взаимосвязанных параметров. При этом в качестве критерия оптимальности принимают минимальную себестоимость 1 м3 бетона монолитных конструкций.
Эффективность метода «термоса» в значительной мере зависит от температуры бетона в момент его укладки в опалубку. Во избежание потери подвижности температура бетона при выходе из бетоносмесительной машины не должна превышать 35...45°С. В процессе перевозки и укладки смеси при температуре ниже -20°С бетонная смесь остывает на 15...20°С.
В условиях, очень низкой температуры воздуха особенно эффективен метод форсированного предварительного электроразогрева бетонной смеси. Сущность метода заключается в том, что бетонную смесь перед укладкой в опалубку в течение 5...15 мин интенсивно разогревают до 70...90°С в специальных бадьях, оснащенных электродами, или в кузовах автомобилей с помощью опускной гребенки электродов, сразу укладывают в неутепленную или малоутепленную опалубку и уплотняют до начала схватывания смеси.
Исследования показали, что электротепловой импульс, внесенный в смесь до начала структурообразования, ускоряет гидратацию и экзотермию, а виброуплотнение горячей смеси способствует образованию более плотной структуры бетона. Выдерживание его в малотеплоемкой опалубке снижает аккумуляцию тепла и теплоотдачу опалубки. Кроме того, перепад температур от центра к периферии в неутепленной опалубке создает благоприятное термонапряженное состояние и повышает трещиностойкость конструкций.
Недостатком существующих методов предварительного электроразогрева бетонной смеси является перераспределение тепла в ней в процессе разогрева и после отключения тока, что приводит к снижению фиксированной к концу разогрева температуры. Это явление может быть устранено при использовании кондуктивного разогрева бетонной смеси. Суть метода сводится к тому, что смесь разогревают в емкости с помощью низковольтных термоэлементов, выполненных в виде стальных параллельно расположенных в емкости пластин. Тепло от горячих пластин кондуктивно передается бетонной смеси, разогревая ее равномерно по всему объему.
Следует иметь в виду, что при электроразогреве бетонная смесь быстро теряет свои пластические свойства, поэтому необходимо так организовать работу, чтобы время оперирования разогретой смесью не превышало 15 мин. Применение электроразогретых смесей при соответствующей технологии бетонирования позволяет сократить время выдерживания бетона, улучшить его качество и повысить коэффициент использования электроэнергии. Наряду с этим появляется возможность транспортировать бетонную смесь зимой на значительные расстояния, укладывать ее на мерзлое основание и широко пользоваться высокооборачиваемой металлической опалубкой. Кроме того, электроразогрев наиболее экономичен по затратам электроэнергии, расход которой при температуре наружного воздуха -15°С не превышает 40...60 кВт-ч на 1 м3 бетона. Рациональная область бетонирования с электроразогревом смеси - среднемассивные конструкции при температуре до -40°С. Для массивных конструкций разогретые смеси применяют с соблюдением мероприятий, исключающих трещинообразование в бетоне.
Эффективность метода повышается при использовании быстротвердеющих цементов и химических ускорителей твердения.
При методе предварительного электроразогрева благодаря тому, что бетонная смесь имеет высокую начальную температуру, бетон в среднемассивных конструкциях приобретает до замерзания не менее 50% проектной прочности в значительно более короткие сроки, чем при обычном выдерживании бетона методом «термоса».
Расчеты показывают, что метод для конструкций массивных и средней массивности оказывается экономичнее электропрогрева.
При применении предварительного разогрева бетонной смеси метод «термоса» может быть использован для конструкций с модулем поверхности до 10... 12.
В отдельных случаях выдерживания конструкций используют метод электротермоса. Сущность этого метода заключается в том, что смесь интенсивно разогревают электродами устанавливаемыми в бетонируемой конструкции, с последующим термосным выдерживанием. Такой метод в принципе не отличается от электропрогрева, а целесообразность его в каждом конкретном случае следует подтверждать расчетом.
При выдерживании методом «термоса» температуру бетона проверяют не менее 2 раза в сутки. Для этого термометры устанавливают в специальные отверстия, созданные в бетоне с помощью деревянных пробок. После измерения температуры отверстия закрывают паклей. Результаты температурных замеров записывают в журналы бетонных работ.
При бетонировании в зимних условиях широко применяют изотермический прогрев смеси электрическим током.
Электропрогрев бетонных и железобетонных конструкций основан на превращении электрической энергии в тепловую при прохождении электрического тока через свежеуложенный бетон, который с помощью электродов включается в качестве сопротивления в электрическую цепь.
Для электропрогрева применяют одно- или трехфазный переменный ток нормальной частоты (50 Гц), так как постоянный ток вызывает электролиз воды в бетоне.
Электропрогрев бетона осуществляют при пониженных напряжениях (50... 100 В).
Для прогрева малоармированных конструкций (с содержанием арматуры до 50 кг на 1 м3) в исключительных случаях применяют бестрансформаторный прогрев с напряжением электрического тока 120...220 В.
При электропрогреве электрическое сопротивление возрастает, а для поддержания постоянной температуры необходимо сохранять постоянной силу тока. Для этого в процессе прогрева трансформаторами периодически повышают напряжение (ступенчатый прогрев).
По способу расположения в прогреваемой конструкции различают электроды внутренние (стержневые, струнные) и поверхностные (нашивные, плавающие).
Стержневые электроды изготовляют из арматурной стали диаметром 6... 10 мм. Их устанавливают через открытую поверхность бетона или отверстия в опалубке с выпуском на 10...15 см концов для подключения к сети. Стержневыми электродами прогревают фундаменты, балки, прогоны, колонны, монолитные участки узлов пересечений сборных и других конструкций.
Термоактивная опалубка работает от электрического тока напряжением 40...121 и 220 В, ориентировочный расход электроэнергии на 1 м3 прогреваемого бетона 100...160 кВт-ч.
При использовании термоактивной опалубки температура бетонной смеси в момент укладки не должна быть ниже +5°С. Прогрев ведут в зависимости от модуля поверхности при 35...60°С со скоростью подъема температуры 5...10°С/ч.
Для уменьшения теплопотерь и создания в прогреваемой зоне режима пропаривания бетонируемые участки конструкций в процессе прогрева рекомендуется укрывать полиэтиленовой пленкой, брезентом или рубероидом. Это же рекомендуется и после снятия термоактивной опалубки, что исключает резкое охлаждение бетона и появление трещин в результате температурных напряжений.
Стыки и другие участки железобетонных конструкций, где применение термоактивной опалубки неудобно, а прогрев электродами может привести, к пересушиванию бетона, прогревают другими способами. К ним, например, относится прогрев стыков колонн в опалубке, состоящей из короба, заполненного опилками, смоченными токопроводящим раствором. В опилки устанавливают электроды. При прогреве опилки нагреваются и обеспечивают мягкий режим прогрева стыка. Этим же целям могут служить эластичные греющие опалубки (резиновые, пластиковые и др. с вмонтированными в них электродами).
Электрообогрев горизонтальных поверхностей тонкостенных конструкций можно также осуществлять с помощью электрических отражательных печей, цилиндрических приборов сопротивления и других нагревательных приборов.
Инфракрасный обогрев относится к радиационным методам прогрева. Его применяют для прогрева монолитных заделов стыков сложной конфигурации, густоармированных стыков старого бетона с вновь укладываемым и других труднодоступных для прогрева мест. Генератор выполнен в виде закрытой изоляцией электроспирали, помещенной в металлический рефлектор на расстоянии 5...8 см от отражающей поверхности. Продолжительность прогрева инфракрасным облучением до 70...80°С-15 ч, из которых около 5 ч приходится на изотермический прогрев.
Имеется опыт использования инфракрасного обогрева и при возведении тонкостенных сооружений в скользящей опалубке, где из-за непрерывного бетонирования исключается контактный электропрогрев. При средней скорости подъема скользящей формы около 2,5 м в сутки инфракрасные установки обеспечивали прогрев бетона до 80°С и прочность бетона (к моменту остывания до 0°С) около 70% проектной. При этом расход электроэнергии на 1 м3 прогреваемого бетона составил около 140 кВт-ч.
Индукционный метод прогрева бетона, или прогрев в электромагнитном поле, относится к контактным методам. Он заключается в том, что вокруг прогреваемого железобетонного элемента устраивают обмотку-индуктор из изолированного провода и включают ее в сеть. Под воздействием переменного электромагнитного поля за счет перемагничивания и вихревых токов металлическая опалубка и арматура нагреваются и передают тепловую энергию бетону. При этом благодаря генерации тепла внутри конструкции (в арматуре) и снаружи (в опалубке) в прогреваемом железобетонном элементе устанавливаются благоприятные термовлажностные условия для твердения бетона. Как показали исследования, наличие электромагнитного поля способствует более равномерному распределению влаги в прогреваемой конструкции и, следовательно, ее более равномерному прогреву.
Режим электропрогрева зависит от конструкции, требуемой прочности бетона к концу прогрева, возможности менее интенсивного остывания и за счет этого наращивания прочности после отключения электрического тока, объема одновременно прогреваемых конструкций, наличия мощностей, необходимых для электропрогрева, максимальной (пиковой) нагрузки сети.
Чем режим прогрева более интенсивен, тем он менее энергоемок. Однако при, интенсивном подъеме температуры не исключено пересушивание бетона и появление трещин в поверхностных слоях его при остывании. Поэтому при электропрогреве нербходимо учитывать следующие ограничения: скорость подъема температуры для массивных конструкций с Мп<6 не должна превышать 8°С в 1 ч; с Мп>6-10°С в 1 ч. Для железобетонных каркасных и тонкостенных конструкций интенсивность подъема температуры может быть увеличена до 15°С в 1 ч.
Паровой прогрев бетона позволяет обеспечить мягкий режим выдерживания с наиболее благоприятными тепловлажностными условиями для твердения бетона. Однако этот вид прогрева требует большого расхода пара (0,5...2 т на 1 м3 бетона), а также большие затраты материалов на устройство паровых рубашек, трубопроводов и т. д.
Максимальная температура при паропрогреве не должна превышать 70...80°С при использовании портландцемента и 60...70°С - шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента.
Наиболее эффективно пропаривание конструкций с Мп>8...10, имеющих относительно большие поверхности обогрева. Существуют следующие способы паропрогрева:
прогрев в паровой бане, при котором пар подают в огражденное пространство, где находится прогреваемое сооружение. Этот способ требует повышенного расхода пара. Ограждение должно отстоять от опалубки на 15 см и быть паронепроницаемым, для чего устраивают пароизоляцию из толя. Прогрев в паровой рубашке эффективен для конструкций с большими поверхностями, например для монолитных ребристых перекрытий.
Способ парового прогрева может оказаться эффективным при бетонировании высотных конструкций в скользящей или переставной опалубках. В этом случае пар подают под закрепленный к опалубке и свисающий вокруг возводимой конструкции фартук.
Применение бетонов с противоморозными добавками осуществляется при возведении монолитных бетонных и железобетонных сооружений, монолитных частей сборно-монолитных конструкций, замоноличивании стыков сборных конструкций, при изготовлении сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций в условиях полигона при установившейся среднесуточной температуре наружного воздуха и грунта не ниже 5 °С и минимальной суточной температуре ниже 0 °С.
В настоящее время наиболее эффективными и проверенными в производственных условиях противоморозными добавками являются добавки-электролиты: поташ П, НН1, ХК, НК, ННК, ННХК, их комплексы НК+ХН, НК+М, ННХК+М и другие.
Все перечисленные добавки одновременно являются и добавками-ускорителями схватывания и твердения бетонов и растворов, однако их концентрация в «холодных» бетонах значительно (в 2...3 раза) превышает ту, которая необходима для ускорения процессов твердения бетонов при температуре выше 0 °С.
Кроме перечисленных к противоморозным добавкам также относятся:
Карбамид (мочевина) М. Бесцветные кристаллы СО(NН2)2, хорошо растворимые в воде.
Соединение нитрата кальция с мочевиной НКМ.
Нитрит натрия НН. Продукт в виде кристаллов NаNO2 белого цвета с желтоватым оттенком, а также в виде водных растворов.
Ускоряющая противоморозная добавка УПДМ. Сбалансированная по компонентному составу жидкая смесь из отходов производства ацетоуксусного эфира, ацетилацетона и нитрохлорактинида, взятых в соотношении 7:3:1 по объёму. Раствор темно-коричневого цвета. Дозировка уточняется опытным путем в пределах 0,1. ..0,42 л/кг цемента при температуре наружного воздуха от О °С до -25 °С.
Формиат натрия спиртовой ФНС. Отход нефтехимического производства, представляющий 30. ..40 % водный раствор натриевых солей муравьиной и серной кислот. Прозрачная жидкость от соломенного до темно-коричневого цвета. Рекомендуемая дозировка 2...6 %, добавка вводится в бетонную смесь с водой затворения.
Асол-К. Продукт из органических и неорганических компонентов: водного раствора поташа, ингибиторов коррозии и модификаторов. Добавка обеспечивает твердение бетона при температуре до -10 °С. При положительных температурах вызывает быстрое схватывание смесей (от 5 до 30 мин).
Гидробетон - С-ЗМ-15. Противоморозная добавка для бетонов и растворов с пластифицирующим действием. Жидкость темно-коричневого цвета 34...36 % концентрации. Обеспечивает твердение бетона при температуре до -15 °С.
Гидрозим. Жидкий антифриз для бетонов и растворов в виде раствора 50 % концентрации. Обеспечивает твердение бетона при температуре до -15 °С. Не вызывает коррозии арматуры в бетоне.
Лигнопан-4. Противоморозная добавка для бетона и железобетона с пластифицирующим действием. Водный раствор 40 % концентрации. Обеспечивает твердение бетона при температуре до -18 °С. Дозировка: 2 % при температуре до -5 °С, 3 % до -10 °С, 4 % до -15 °С.