книги / Технология возведения зданий и сооружений
..pdf
Формирование прочностных характеристик бетона в зимних условиях тоже имеет свои особенности.
Основной проблемой является замерзание в бетоне в начальный период его структурообразования химически несвязанной воды затворения с после дующим увеличением ее объема до 9% и сопутствующим разрушением свя зей 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 бе тоне, препятствуя тем самым их необходимому сцеплению с цементным тес том и созданию плотной структуры после оттаивания бетона.
Основой формирования технологии зимнего бетонирования является обеспечение условий, при которых монолитные железобетонные конструк ции в короткие сроки с наименьшими затратами могли бы набрать критиче скую прочность по морозостойкости или требуемую для восприятия проект ных нагрузок с необходимым качеством.
28.2. Технология бетонирования конструкций без искусственного обогрева
Возведение монолитных конструкций без искусственного обогрева явля ется наиболее экономичным способом зимнего бетонирования. Экономиче ская эффективность при этом достигается за счет максимального использо вания внутренних источников тепловой энергии, полученной бетонной сме сью при ее приготовлении путем добавления, как правило, подогретой (до 70°С) воды затворения, а также за счет энергии, выделяемой в твердею щем бетоне в процессе протекания реакции гидратации цемента с водой (экзотермия цемента).
На использовании внутренних источников энергии основан самый рас пространенный способ выдерживания бетона - «термос». Его сущность за ключается в том, что за счет начальной энергии и последующей экзотермии цемента массивная теплоизолированная конструкция набирает требуемую прочность за расчетный период времени до замерзания.
Область применения «термоса» — бетонирование массивных монолит ных конструкций (фундаменты, плиты, блоки, стены) с модулем поверхности (М„) = 3...8 в любых теплоизолированных опалубках. Кроме того, целесооб разно применять «термос» в тех случаях, когда к бетону предъявляются по вышенные требования по морозостойкости, водопроницаемости и трещиностойкости, так как термосное выдерживание сопровождается минимальными напряжениями в бетоне от воздействия температуры.
Целесообразность применения «термоса» устанавливается в результате технико-экономического расчета с учетом массивности конструкции М п, ак-
272
тивности и тепловыделения цемента, температуры уложенного бетона, на ружного воздуха и скорости ветра, а также возможности получения заданной прочности бетона в установленный срок.
Методика расчета термосного выдерживания монолитных конструкций различной массивности приведена в нормативной и справочной литературе и изучается в курсе «Технология строительных процессов».
28.3. Бетонирование конструкций с термообработкой
Термообработка бетона представляет искусственное внесение тепловой энергии в монолитную конструкцию в период ее твердения с целью сокра щения периода выдерживания бетона и приобретения им критической или проектной прочности до замерзания.
Область применения способов теплового воздействия на выдерживаемый бетон распространяется на все разновидности монолитных конструкций с модулем поверхности М„ > 3. Выбор же оптимального способа термообра ботки производится на основании технико-экономического расчета с привяз кой к условиям определенного объекта строительства.
Технология термообработки бетона имеет свои особенности. Основная из них — необходимость соблюдения расчетных режимов термообработки. Основными характеристиками технологических режимов являются: началь ная температура бетона, время цикла термообработки до получения критиче ской прочности, скорость подъема температуры (разогрева) бетона, темпера тура и время изотермического выдерживания, скорость и время остывания, критическая или проектная прочность бетона.
Тепловое воздействие на прогреваемый бетон осуществляется несколь кими методами, отличающимися способами передачи тепловой энергии. Са мыми распространенными из них в практике строительного производства являются следующие:
1. Контактный способ, обеспечивающий передачу тепловой энергии от искусственно нагретых тел (материалов) прогреваемому бетону путем непо средственного контакта между ними. Разновидностями этого способа явля ются: обогрев бетона в термоактивной опалубке, а также прогрев с примене нием различных технических средств (греющие провода, кабель, термоак тивные гибкие покрытия и пр.), непосредственно контактирующих с обогре ваемой средой — бетоном. Способ применяется в основном для прогрева тонкостенных конструкций с модулем поверхности 8...20.
2. Конвективный способ, при котором передача тепла от искусственных источников нагреваемым объектам (опалубке или бетону) происходит через воздушную среду путем конвекции. Технология реализуется в замкнутых кон турах с применением технических средств (электрокалориферов, газовых кон векторов и пр.), преобразующих различные энергоносители (электроэнергия,
газ, жидкое или сухое топливо, пар и пр.) в тепловую энергию. Метод приме ним для прогрева тонкостенных стеновых конструкций и перекрытий.
Достоинства конвективного метода — незначительная трудоемкость, вы раженная в организации замкнутого объема вокруг прогреваемой конструк ции 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
150кВт'ч/м3 прогретого бетона).
3.Электропрогрев - - основан на выделении в твердеющем бетоне тепло вой энергии, получаемой путем пропускания электрического тока через жид кую фазу бетона, используемую в качестве омического сопротивления. При этом пониженное напряжение к прогреваемой монолитной конструкции под водят посредством различных электродов (стержневых, полосовых и струн ных), погружаемых или соприкасающихся с бетоном. Область использования - прогрев монолитных конструкций с модулем поверхности 5...20.
Применению метода должен предшествовать расчет и проектирование электродов, схемы их расположения и подключения к сети, а также режима прогрева.
Преимущества метода ; реализуется из подручных материалов — арма туры или листового металла с минимальными потерями тепловой энергии. Недостатки: безвозвратное потери металла - стержневых электродов, значи тельная трудоемкость при реализации (особенно стержневого), необходи мость регулирования (снижения) электрической мощности при снижении удельного электрического сопротивления бетона посредством понижающего трансформатора, вероятность появления температурных напряжений в зонах примыкания бетона к электродам.
4.Инфракрасный нагрев —основан на передаче лучистой энергии от ге нератора инфракрасного излучения нагреваемым поверхностям через воз душную среду. На облучаемой поверхности поглощенная энергия инфра красного спектра преобразуется в тепловую и путем теплопроводности рас пространяется по толщине нагреваемой конструкции. Метод реализуется по средством автономных (от конструкции и опалубки) инфракрасных прожек торных установок (ИЛУ), работающих в основном на электроэнергии.
Преимущества метода: отсутствие необходимости в переоборудовании опалубки, возможность выполнять вспомогательные операции (отогрев про мороженного основания или стыков ранее уложенного бетона, удаление на леди на арматуре и в заопалубленном пространстве), возможность прогре вать конструкцию параллельно с бетонированием, сохраняя ранее внесенную тепловую энергию, и за суточный цикл термообработки получить до 70% проектной прочности бетона.
Недостаток технологии * значительная трудоемкость метода, связанная с переносом, расстановкой и подключением к электрической сети технических средств (ИПУ), необходимость обеспечения замкнутого объема для сокра щения затрат тепловой энергии, а также высокий удельный расход электро энергии: 80..Л20 кВгч/м3 прогретого бетона.
5. Индукционный прогрев — основан на использовании электромагнитной индукции, при которой энергия переменного электромагнитного поля преоб разуется в арматуре или в стальной опалубке в тепловую и за счет теплопро водности передается бетону. Реализуется посредством инвентарного индук тора, рассчитанного и изготовленного для определенного узла (например, стыка железобетонных колонн) или объема железобетонной конструкции.
Преимущества метода: простота и качество прогрева конструкций с большой степенью армированности, обеспение равномерного по сечению и длине конструкций температурного поля.
При термообработке бетона контролю, в частности, подвергаются:
■требуемая (по ППР) начальная температура бетонной смеси (доставлен ная и уложенная в конструкцию);
■периодический контроль (через 1 ...2 ч) за температурой выдерживаемого бетона и выпусков арматуры;
■скорость подъема температуры бетона;
■равномерность прогрева конструкции в различных плоскостях;
*размещение в зоне прогрева (выдерживания) бетона контрольных куби ков;
*скорость остывания црогретых конструкций;
*
■время разопалубливания конструкций;
■оперативный и перспективный контроль качества прочностных характе ристик выдерживаемого бетона.
28.4. Рекомендации по выбору метода термообработки
Практика зимнего бетонирования позволяет рекомендовать наиболее эффективные способы термообработки для определенных монолитных кон струкций.
28.4.1. Термообработка фундаментов
При бетонировании фундаментной плиты любой массивности рекомен дуется применять:
■ инфракрасные прожекторные установки (ИПУ) для отогрева проморо женного основания; удаления снега и наледи с арматурного каркаса и в заопалубленном пространстве; обогрева периферийных (торцовых) участков плиты; тепловой защиты уложенного бетона с целью сохранения им началь-
18*
ной температуры и набора минимальной опалубочной прочности, позволяющей'укладывать теплоизоляционные материалы; ■ способ «термоса» как основной способ выдерживания бетона в данном
примере. При этом необходимо контролировать температуру выдерживаемо го бетона, особенно в центральной части плиты, для снижения влияния тем пературных напряжений, возникающих из-за резкого подъема температуры бетона за счет экзотермии цемента. В подобных случаях при бетонировании больших массивов снижают начальную температуру бетона и уменьшают (или снимают вообще) теплоизоляционный слой над частью конструкции с локальным перегревом.
Продолжительность выдерживания бетона до достижения не менее 40% от проектной прочности.составит не более 2 сут при средней температуре бетона около 30°С. Требуемая электрическая мощность для работы нормокомплекта ИПУ не превысит 100 кВт при работе по захваткам площадью до 100 м2. Удельный расход электроэнергии составит в среднем не более 15...20 кВгч/м3.
При зимнем бетонировании ленточных фундаментов возможно примене ние метода «термоса», противоморозных добавок и контактного способа (или электропрогрева с пластинчатыми нашивными электродами). Опти мальный способ (с минимальными затратами и нормативным сроком выдер живания) определяется технико-экономическим расчетом *(ТЭР) при сравне нии рекомендуемых вариантов.
Бетонирование монолитного основания (пола) в зимнем исполнении возможно с использованием инфракрасных прожекторных установок (ИПУ), противоморозных добавок, а также электропрогрева посредством струнных или стержневых электродов. При этом отогреть промороженное основание возможно только с помощью ИПУ, либо предварительно утеплить основание до его замерзания.
28.4.2. Термообработка стеновых конструкций
Стеновые конструкции имеют высокий модуль поверхности, как правило, выше восьми. При их термообработке развитая опалубленная поверхность мо нолитных стен влечет большие потери тепла, требует применения специальных технических средств, обеспечивающих равномерный прогрев по всей площади опалубки (с перепадом температуры не более 5°С), а при высокой степени армированности (более 3%) ограничивает применение эффективных способов термообработки. Кроме того, возведение стеновых конструкций на захватке создает фронт работ для устройства монолитных перекрытий, а также обеспе чивает условия создания естественного замкнутого контура, необходимого для обеспечения условий выдерживания (прогрева) перекрытий. В связи с этим возрастает необходимость в сокращении времени цикла термообработки стен.
2 7 6
Соблюдение приведенных требований обеспечивают немногие способы интенсификации твердения бетона. Наиболее эффективными для стен с мо дулем поверхности 8...20 являются:
■контактный, реализуемый посредством термоактивной опалубки с удель ной установленной мощностью около 0,8 кВт/м2 опалубки;
■электропрогрев, осуществляемый с помощью полосовых электродов, прикрепляемых к внутренней поверхности опалубки (если позволяют усло вия последующей отделки поверхности стен), с установленной мощностью в среднем 4 кВт/м3 монолитной стены;
■инфракрасный нагрев, реализуемый посредством автономных ИПУ для стен толщиной до 300 мм — с односторонним нагревом, для стен свыше
300 мм — при двустороннем нагреве; установленная мощность при этом со ставляет около 6 кВт/м3 стеновой конструкции.
Обязательным условием применения любого способа электротермообра ботки является наличие в бетоне расчетного количества противоморозных добавок, необходимых на случай аварийного отключения электроэнергии, поскольку потребитель (подрядная организация) относится к 3-й (низшей) категории пользователей, у которых, согласно нормативным требованиям, при необходимости допускается отключение электроэнергии.
Выбор оптимального способа термообработки стен на конкретном объ екте основывается на технико-экономическом расчете рассматриваемых ва риантов с учетом сравнения прямых и эксплуатационных затрат на реализа цию каждого из них.
28.4.3. Термообработка перекрытий и других конструкций
Технология зимнего бетонирования монолитных перекрытий имеет ряд особенностей:
■толщина перекрытий, как правило, не превышает 200 мм;
■развитая горизонтальная площадь способствует сосредоточению снега на палубе под арматурной сеткой, который непросто удалить перед бетонирова нием традиционными способами, и значительным потерям тепловой энергии бетона как при его укладке в конструкцию, так и в период выдерживания;
■источники тепловой энергии для большей эффективности должны распо лагаться на наружной, либо (в крайнем случае) на внутренней поверхности палубы перекрытий;
■несовершенство и дороговизна современных теплоизоляционных мате риалов не позволяют теплоизолировать свежезабетонированное перекрытие до приобретения бетоном минимальной несущей способности. Однако к этому времени начальная температура бетона опускается почти до 0°С и пе риод его разогрева увеличивается почти в два раза. Таким образом, продол
жительность выдерживания перекрытий до критической прочности почти в два раза превышает время термообработки стен.
С учетом отмеченных факторов для термообработки монолитных пере крытий рекомендуются термоактивная опалубка с удельной установленной мощностью около 0,9 кВт/м2, опалубки перекрытий и временем цикла до 30 ч, инфракрасный нагрев посредством ИЛУ с установленной мощностью до 1 кВт/м2, площади опалубки и продолжительностью цикла до 24 ч, а так же конвективный обогрев с устройством замкнутого контура. Установленная мощность при его реализации составит 150... 180 кВт/м3 прогреваемого пере крытия, а продолжительность выдерживания — около 5...7 сут.
Окончательный выбор способа для конкретных условий каждого объекта необходимо сделать на основании технико-экономического расчета эффек тивности сравниваемых вариантов термообработки.
При бетонировании в зимних условиях колонн, ригелей, балок, элемен тов рамных конструкций наиболее эффективным является индукционный способ прогрева бетона. При довольно низкой удельной установленной мощности до 4 кВт/м3 прогреваемой конструкции продолжительность про грева до достижения критической прочности не превысит 12 ч. В качестве альтернативных способов могут применяться контактный и инфракрасный, но с более дорогостоящими эксплуатационными показателями.
Для бетонирования специальных конструкций (труб, башен, силосов и др.)
вусловиях отрицательных температур способ термообработки определяется
вППР.
Для прогрева стыков сборных железобетонных конструкций наиболее эффективен инфракрасный нагрев, выполняемый специальными установка ми. Основная проблема — предварительный отогрев массива сборной желе зобетонной конструкции, имеющего температуру наружного воздуха и со прикасающегося с незначительным объемом цементно-песчаного раствора, укладываемого в прогреваемый стык. Менее эффективно подобную опера цию в целом можно производить посредством струнных электродов.
28.5.Особенности термообработки конструкций
вразличных опалубках
Внастоящее время индустриализация бетонных работ на строительных площадках страны приобретает цивилизованный вид. Подавляющее число подрядных организаций используют, в частности, технологичные мелко- и крупнощитовые опалубки приведенных выше западных фирм, где палуба выполнена из ламинированной фанеры, исключающей дальнейшую отделку бетонной поверхности. Причем, если щиты опалубки стен постоянно монти руют по определенной схеме, то палуба перекрытий может переставляться в каждом последующем цикле бетонирования на новое место. Кроме того,
спустя 50..Л00 оборотов опалубка стен и перекрытий переворачивается дру гой стороной к бетону и амортизируется еще почти столько же циклов. От меченные обстоятельства, включая высокую стоимость подобной многопро фильной опалубки, исключают неиндустриальные подходы по ее переоборудо ванию для прогрева возводимых в зимних условиях монолитных конструкций.
Ксожалению, индустриальных вариантов по переоснащению таких опа лубок в термоактивиые до настоящего времени не существует. Поэтому пока прогрев монолитных конструкций в подобных опалубках производится в ос новном посредством греющих проводов.
Из разновидностей опалубки с металлической палубой для осуществления термообработки предпочтительнее выглядит объемно-переставная фирма «Утинор». Г-образные секции опалубки создают искусственный замкнутый объем, сокращающий потери тепловой энергии и обеспечивающий с неболь шим технологическим перерывом в 4...6 ч бетонирование перекрытий вслед за стенами. Оптимальным вариантом для термообработки стен и перекрытий мо гут служить стационарно закрепленные на стойках опалубки инфракрасные прожекторные установки, которые обеспечат суточный оборот опалубки.
Варианты применения оптимальных способов и технических средств термообработки для иных опалубочных систем целесообразно рассматривать применимо к конкретным условиям объекта строительства.
28.6.Зимнее бетонирование в особых условиях
Кособым условиям относится производство бетонных работ, осуществ ляемых при реконструкции зданий и сооружений в зимний период. При этом необходимо решать, как правило, следующие задачи: усиление фундаментов, устройство монолитных полов или перекрытий, бетонирование уникальных конструкций, а также различных доборов из монолитного железобетона и др.
Для этих условий не всегда применимы индустриальные опалубки и кре пеж; характерны стесненность зоны выполнения работ; соприкосновение бе тонируемых конструкций с существующими, имеющими отрицательную температуру; повышенная влажность ограждающих конструкций, особенно в подвальных помещениях; отсутствие необходимой электрической мощности на объекте и др.
На производство работ в подобных условиях разрабатывается ППР, включающий (при необходимости) регламент производства бетонных работ
взимних условиях. Из способов термообработки предпочтение отдается тем, которые применимы в большинстве критических ситуаций с бетонировани ем, имеющих многоцелевые эффективные средства реализации технологии. К их числу относятся инфракрасные прожекторные установки, разновидно сти электропрогрева, а также противоморозные добавки. При необходимости устраивают искусственные «тепляки», обеспечивающие требуемые темпера турно-влажностные условия для выдерживания бетона и производства работ.
2 7 9
Названные проблемы решаются путем применения преимущественно безобогревных способов выдерживания бетона, локального отогрева промо роженных участков конструкций инфракрасными горелками на сжиженном газе, и, при необходимости, с использованием передвижных электрических станций (ПЭС) на жидком топливе.
Отделочные работы в подобных условиях целесообразно выполнять при наступлении (или организации) устойчивых положительных температур.
28.7. Бетонирование конструкций в экстремальных условиях
К экстремальным условиям относится производство бетонных работ при температуре воздуха свыше 25°С и относительной влажности воздуха менее 50%. Основная проблема при таких погодных условиях — резкое обезвожива ние бетона в начальный период выдерживания, особенно его поверхностных слоев, вызывающее нарушение плотности структуры, особенно защитного слоя бетона. Кроме того, под воздействием прямых солнечных лучей велика веро ятность появления термонапряженных зон в бетоне, оказывающих деструктив ное влияние на формирование прочностных характеристик конструкции.
Для получения качественного бетона в условиях сухого и жаркого климата необходимо соблюдать следующие требования технологии:
■применять бетоны на быстротвердеющих цементах, марка которых долж на превышать класс бетона не менее чем в 1,5 раза;
■температура бетонной смеси при бетонировании конструкций с модулем
поверхности менее трех не должна превышать 20°С, а при М„> 3 — 30...35°С;
■ уход за свежеуложенным бетоном необходимо начинать сразу после его укладки в конструкцию и продолжать до приобретения бетоном не менее 50% проектной прочности. Уход должен предусматривать устройство над открытой (незаопалубленной) частью бетонной конструкции влагоемкого покрытия с систематическим его увлажнением;
■при появлении на поверхности конструкции трещин из-за пластической усадки допускается повторное поверхностное вибрирование бетона не позд нее чем через 0,5... 1 ч по окончания его укладки;
■от воздействия прямых солнечных лучей свежеуложенный бетон следует защищать пленочными теплоизоляционными материалами с коэффициентом отражения лучей более 50%;
■для ускорения твердения бетона целесообразно использовать солнечную радиацию, укрывая поверхность бетонной конструкции светопрозрачным влагонепроницаемым материалом (рулонным или листовым).
Мероприятия по уходу за свежеуложенным бетоном в условиях жаркого и сухого климата должны фиксироваться в специальном журнале контроля за реализуемой технологией.