Величина критической прочности зависит также от класса бетона, вида и условий эксплуатации и составляет:
· для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой 50%-проектной прочности для бетона классов до В15; 40%-для бетонов классов В15 и В22; 30%-для бетонов классов В30 и В40;
· для конструкций с предварительно напрягаемой арматурой и особо ответственных железобетонных конструкций – 70% проектной прочности;
· для конструкций, подвергающихся многократному замораживанию и оттаиванию или действию давления воды, а также для всех конструкций, к которым предъявляются специальные требования по морозостойкости, газо- и водонепроницаемости – 100% проектной прочности.
Продолжительность твердения бетона и его конечные свойства в значительной степени зависит от температурных условий, в которых выдерживают бетон.
Для предварительного определения сроков выдерживания бетона для приобретения требуемой прочности при различных температурах твердения следует пользоваться графиками.
7.2 Подготовка к бетонированию.
1. Утепление бетоносмесительных установок, галереи транспортиров и трубопроводов.
2. Подготовка подъемно-транспортных средств, оснастку.
3. завоз противоморозных добавок.
4. Комплекс работ по подготовке опалубки, арматуры, поверхностей основания и ранее уложенного бетона.
5. Устройство закрытых помещений.
6. Складирования в штабели заполнителя. Перед укладкой в бетонированные массивы заполнитель обогревают до температуры не ниже 0 ºС, предварительно очистив от снега и льда. Иногда заполнители обрабатывают противоморозными добавками.
7. Подготовка грунта перед укладкой бетонной смеси: - удаление всех глинистых, растительных, торфяных и прочих слоев грунтов органического происхождения, подверженных пучению. Их отогревают в тепляках из брезента, полиэтилена, фанеры до положительной температуры на глубине до 50см и защищают от промерзания. Кроме того, пучинистые основания отогревают электрическими нагревателями или воздухонагревателями, приборами с колпаком. Не- пучинистые не отогревают, если их влажность не превышает 10% по массе. – выполняют песчаную подготовку и составляют акт.
8. Арматуру очищают от грязи, отслаивающейся ржавчины и налипших кусков раствора с помощью пескоструйного аппарата или проволочными щетками. При температуре ниже -15 ºС арматуру из стержней диаметром более 25мм и прокатных профилей отогревают до +5 ºС тепловыми калориферами, а выступающие за пределы утепленной опалубки металлические элементы утепляют затем. Установленные арматурные конструкции проверяют, контролируют местоположение, диаметр и число арматурных стержней, а также расстояние между ними, наличие перевязок и сварных прихваток в местах пересечения стержней, наличие поддерживающих устройств: фиксаторов, прокладок и подкладок. Проверяют заданную толщину защитного слоя бетона.
9. Опалубку очищают от грязи, наледи и снега: опалубку накрывают брезентом и под него пускают пар. Щели и отверстия в опалубке заделывают. Опалубку и поддерживающие леса тщательно осматривают и проверяют надежность установки стоек и лесов, а также клиньев под ними, креплений, отсутствие щелей в опалубке наличие закладных частей и пробок, предусмотренных проектом.
Работы по установке и закреплению опалубки и поддерживающих ее конструкций оформляют записью в журнале производства работ. Кроме того, перед укладкой бетонной смеси двухсторонним актом на скрытые работы оформляют работы по сооружению конструктивных элементов, закрываемых последующим производством работ – гидроизоляцию, армирование, установку закладных деталей и т. д.
Если бетонирование ведется с перерывом, то для прочного соединения ранее уложенного и свежего бетона горизонтальные поверхности ранее уложенного затвердевшего бетона перед укладкой бетонной смеси очищают от мусора, грязи и цементной пленки. Цементную пленку удаляют воздушной струей под давлением сразу после схватывания цемента. Вертикальные поверхности очищают от цементной пленки, если это предусмотрено проектом. Места выгрузки и укладки бетонной смеси защищают от ветра и снега брезентовым или фанерным шатром.
7.3 Приготовление бетонной смеси.
Особенностью приготовления бетонной смеси в зимних условиях является необходимость обеспечения установленной расчетом температуры смеси по выходе ее из бетоносмесителя, чтобы после теплопотерь, связанных с транспортировкой от завода к объекту, и неизбежных перегрузок на строительной площадке температура бетонной смеси была не ниже расчетной, необходимой для принятого режима выдерживания бетона.
Температуру бетонной смеси по выходе из бетоносмесителя или температуру предварительного электоразогрева смеси, определяют по формуле:
tсм= (tб.н. –tн.в. ·∑∆tтр)/(1-∑∆tтр), где
tб.н.- начальная температура бетона после укладки в опалубку (определяется в зависимости от способа выдерживания бетона), ºС;
tн.в.- температура наружного воздуха, ºС;
∑∆tтр- суммарное снижение температуры бетонной смеси при всех операциях – от приемки из бетоносмесителя до укладки и укрытия в конструкции, ºС;
∆tтр – относительное снижение температуры бетонной смеси на каждой операции при разнице температур наружного воздуха и бетонной смеси в 1 ºС.
Для обеспечения заданной температуры бетонной смеси ее составляющие в момент загрузки в бетоносмеситель также должны иметь соответствующую температуру, которая устанавливается теплотехническим расчетом с учетом потерь тепла.
В практике строительства:
· воду подогревают до 40-90 ºС (преимущественно паром в водоподогревателях)
· оттаянные или подогретые заполнители подогревают дополнительно до температуры 20…60 ºС чаще всего в бункерах горячим воздухом, либо в специальных бункерах с паровыми регистрами или во вращающихся сушильных барабанах (на крупных бетонных заводах); иногда заполнители нагревают путем продувки топочных газов;
· цемент и тонкомолотые добавки вводят без подогрева.
Однако при высокой температуре бетонной смеси снижается ее подвижность, что существенно усложняет выгрузку и уплотнение. Поэтому при выходе из смесителя температура бетонной смеси в зависимости от вяжущего не должна превышать следующих максимально допустимых величин:
· шлакопортландцемент марок 200-300 + 45 ºС
· портландцемент марки 300 и пуццолановый портландцемент марки 300 и выше + 40 ºС
· портландцемент марки 400 и выше и пуццолановый цемент марки 300 и выше + 35 ºС
· глиноземистый цемент + 25 ºС
При всех способах зимнего бетонирования особо ответственных конструкций и стыков, требующих быстрого загружения, для приготовления бетонных смесей используют наиболее эффективные особо быстротвердеющие портландцементы с малым количеством (до10%) молотых добавок с продолжительностью хранения не более 2-х месяцев.
При подборе состава бетонных смесей для укладки в зимних условиях водоцементное отношение В/Ц уменьшают при повышении требований по морозостойкости и увеличивают при использовании предварительного электроразогрева бетонной смеси, а также на возможность применения пластификаторов.
При приготовлении бетонной смеси соблюдают следующую очередность загрузки материалов в бетоносмеситель:
· одновременно с началом подачи воды загружают щебень или гравий;
· после заливки половины требуемого количества воды и перемешивания в течение некоторого времени – песок, цемент и оставшуюся воду.
Продолжительность перемешивания бетонной смеси в зимних условиях увеличивают, как правило, в 1,5 раза по сравнению с летними условиями. Подвижность и температуру бетонной смеси систематически контролируют непосредственно на выходе смеси из бетоносмесителя.
Если температура наружного воздуха опускается ниже 0ºС температуру бетонной смеси необходимо повышать, по меньшей мере, на число градусов мороза (т.е. +15 ºС плюс число градусов мороза).
Для минимального снижения температуры бетонной смеси переносить ее в опалубку следует как можно быстрее и при минимальном числе рабочих операций. Бетонирование с применением бетононасосов обеспечивает быструю подачу бетонной смеси в опалубку. Бетонирование насосом целесообразно применять для непрерывного бетонирования больших опалубочных форм. Этот метод требует хорошей предварительной подготовки:
· бетононасосы следует устанавливать в теплых помещениях;
· при морозах до -10ºС звенья бетонопроводов следует утеплять минераловатными скорлупами; при более низкой температурах магистральный бетонопровод прокладывают в утепленном коробе. Перед началом работ бетонопровод прогревают острым паром или горячей водой;
· промывать бетононасос и бетонопровод промывают горячей водой.
Открытые поверхности свежеуложенного бетона сразу же по окончании бетонирования укрывают гидроизоляционным рулонным материалом и слоем утеплителя для предохранения верхних слоев бетона от раннего замораживания.
Принципы организации теплозащиты:
· организация теплозащиты должна планироваться и подготавливаться заранее;
· материалы и оснастка теплозащитных устройств по размерам должны быть так, чтобы обеспечить сборку сплошного теплозащитного устройства, укрывающего всю бетонную конструкцию;
· теплозащита должна быть наложена непосредственно на поверхность уложенного бетона;
· теплозащиту устанавливают непосредственно после окончания работ по бетонированию;
· должен быть контроль за выполнением теплозащиты;
· должна соблюдаться техника безопасности;
· теплозащитные устройства должны оставаться на своих местах до разборки опалубки и после этого.
7.4 Методы выдерживания бетона в зимних условиях.
I группа - метод, основанный на использовании начального теплосодержания, внесенного в бетонную смесь при ее приготовлении или перед укладкой в конструкцию.
II группа - метод, основанный на использовании тепловыделения цемента, сопровождающего твердение бетона (метод «термоса»)
III группа - методы, основанные на искусственном прогреве бетона, уложеного в конструкцию:
· электропрогрев;
· индукционный обогрев;
· инфракрасный и контактный нагрев;
· паро - и воздуообогрев.
IV группа - методы, использующие эффект понижения эвтектической точки воды в бетоне с помощью специальных противоморозных химических добавок.
Методы можно комбинировать. Выбор метода зависит от:
- вида и массивности конструкции;
- вида, состава и требуемой прочности бетона;
- метеорологических условий производства работ;
- энергетической оснащенности строительной площадки и т. д.
7.5 Метод «Термоса».
Суть метода: уложенный бетон, при строго определенных условиях (температуре наружного воздуха, скорости ветра, коэффициенте теплопередаче ограждений, массивности конструкций, тепловыделении цемента и начальной температуре бетона), может приобрести заданную прочность во время остывания от своей начальной температуры (tб. н) до некоторой конечной (tб.к.). Количества тепла в бетоне, полное при нагреве составляющих и выделенное цементом в период твердения, должно быть не меньше количества расходуемого тепла (теплопотерь) при остывании конструкций до конечной температуры, т.е. до получения заданной прочности бетона.
В таблице 16 приведен рекомендуемый вид конструкций, выдерживаемый методом «термоса». За начальную температуру (tб. н) принимается температура бетона, уложенного в опалубку сразу после его уплотнения и открытия.
Таблица 16
Рекомендуемый вид конструкций, выдерживаемый методом «термоса».
|
Мп
|
tH.B. 0С
|
Конструкция
| При укладке бетонной смеси | |||||
| с температурой до t б.с. =35 С и t б.н. =25-30°С | предварительно разогретой до t б.с. =70°С при t б. н. =50°С | |||||||
| Метод выдерживания бетона | Цемент | Марка цемента | Метод выдерживания бетона | Цемент | Марка цемента | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
|
До 3
| До-20 | Массивные фундаменты, гидротехнические сооружения | Термос | ШПЦ, порт-ланцемент | 300-400 300 | Термос с укладкой разогретой бетонной смеси в ядро конструкции | ШПЦ, пуццо-лановый портландцемент, портландцемент | 300-400 300 |
| От-21 до-40 | То же | Термос с добавками-ускорителями | Портландцемент, ШПЦ | 400 500 | То же | ШПЦ, порт-ланцемент | 400-500 400 | |
|
4-5
| До-20 | Фундаменты зданий, массивные фундаменты под оборудование, монолитные стены толщиной 40-50 см, балки высотой > 70 см | То же | Портландцемент, ШПЦ | 400 500 | Термос | ШПЦ, портландцемент | 400 300 |
| От-21 до-40 | То же | Термос с проти-воморозными добавками | Портландцемент | 500-600 | Термос с добавками-ускорителями твердения | Портландцемент | 500 | |
|
6-8
| До-20 | Фундаменты под колонны и оборудование. Колонны сечением 50-70 см и балки высотой 50-70 см, стены и плиты толщиной 25-30 см | Термос с добавками- ускорителями твердения или противомороз-ными добавками | Портландцемент | 500-600 | Термос с добавками-ускорителями твердения | ШПЦ, портландцемент | 400-500 |
| От-21 до-40 | То же | То же или в сочетании с предразо-гревом | То же | 600 | Термос с ускорителями твердения | Портланце-мент | 500-600 | |
|
8-12
| До 20 | Рамные конструкции, колонны сечением 30-40 см, плиты и стены толщиной 20-25 см, балки сечением 30-40 см, покрытие дорог | Термос в сочетании с греющей опалубкой | Портландцемент | 500-600 | Термос с добавками- ускорителями твердения и нитритом натрия | Портландцемент | 500-600 |
| От-20 До 40 | Не рекомендуется | Термос в сочетании с греющей опалубкой | То же | 500-600 | ||||
Продолжительность остывания бетона от начальной температуры до конечной в конструкции с модулем поверхности Мп>3 определяется расчетом по формуле Б.Г. Скрамтаева:
Сб – удельная теплоемкость бетона, принимается равной 0,25ккал/кг·ºС;
γб – плотность бетона, кг/м3;
Э – тепловыделение цемента за время твердения бетона, принимается по таблице 17;
tн. в – температура наружного воздуха принимается средняя за время остывания бетона, ºС;
tб.к. – температура бетона к концу остывания, для бетонов без противоморозных добавок рекомендуется принимать не ниже +5 ºС;
Ц – расход цемента в бетоне, кг/м3;
К – коэффициент теплопередачи опалубки или укрытия опалубочных поверхностей, Вт/м2·ºС (Табл.18);
tб.н. – начальная температура бетона после укладки, ºС;
tб.ср. – средняя температура за время остывания бетона, ºС определяется по формуле:
tб.ср. = tб.к. + (tб.н.- tб.к.) /1,03+0,181·Мп+0,006·(tб.н.- tб.к.), где
Мп – модуль поверхности:
Мп = F/V, где
F – площадь охлаждаемых поверхностей конструкций;
V – объем конструкций;
Таблица 17
Тепловыделение цемента «Э» различных видов и марок в зависимости от температуры твердения и времени.
| Вид и марка цемента | Темпера- тура, град. | Тепловыделение Э, ккал/кг, в возрасте, сут. | |||||||
| 0,25 | 0,5 | 1 | 2 | 3 | 7 | 14 | 28 | ||
| Портландцемент 300 | 5 | - | - | 6 | 14 | 21 | 40 | 49 | 56 |
| 10 | 2 | 5 | 10 | 20 | 30 | 47 | 55 | 65 | |
| 20 | 7 | 10 | 18 | 30 | 40 | 55 | 60 | 70 | |
| 40 | 12 | 20 | 35 | 48 | 55 | 60 | 70 | - | |
| 60 | 20 | 35 | 46 | 58 | 63 | 70 | - | - | |
| Портландцемент 400 | 5 | - | _ | 7 | 15 | 20 | 40 | 50 | 60 |
| 10 | 3 | 6 | 12 | 25 | 33 | 50 | 60 | 70 | |
| 20 | 11 | 16 | 25 | 40 | 50 | 65 | 75 | 80 | |
| 40 | 13 | 30 | 45 | 55 | 65 | 75 | 80 | - | |
| 60 | 25 | 40 | 55 | 65 | 75 | 80 | - | - | |
| Портландцемент 500 | 5 | 3 | 5 | 10 | 20 | 30 | 45 | 55 | 60 |
| 10 | 5 | 10 | 15 | 25 | 38 | 60 | 68 | 75 | |
| 20 | 12 | 20 | 30 | 45 | 60 | 70 | 80 | 90 | |
| 40 | 25 | 40 | 50 | 64 | 70 | 85 | 90 | - | |
| 60 | 45 | 55 | 65 | 75 | 83 | 90 | - | - | |
| Портландцемент быстротвердею- щий 600 | 5 | 4 | 8 | 13 | 22 | 35 | 50 | 60 | 75 |
| 10 | 8 | 12 | 18 | 30 | 40 | 65 | 80 | 90 | |
| 20 | 15 | 25 | 35 | 50 | 70 | 80 | 90 | 100 | |
| 40 | 28 | 45 | 55 | 70 | 80 | 90 | 100 | - | |
| 60 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | - | - | |
| Шлакопортландцет и пуццолановый портландцемент 300 | 5 | - | 3 | 5 | 10 | 17 | 30 | 40 | 45 |
| 10 | - | 5 | 8 | 15 | 23 | 39 | 50 | 55 | |
| 20 | - | 9 | 15 | 30 | 33 | 49 | 58 | 65 | |
| 40 | 10 | 18 | 28 | 40 | 48 | 59 | 65 | - | |
| 60 | 15 | 25 | 35 | 48 | 53 | 65 | - | - | |
Относительная величина тепловыделения за время достижения цементами прочности R28 может приниматься пропорционально достигнутой прочности (например, 50% Э28 соответствует 50% R28).
Коэффициент теплопередачи опалубки или укрытия неопалубленных поверхностей определяется по формуле:
Таблица 18
Коэффициент теплопередачи опалубки различной конструкции.
|
Тип опалубки
|
Материал
|
Толщина слоя, мм
| К, Вт/м2°С | ||
| Скорость ветра, м/с | |||||
| 0 | 5 | 15 | |||
| I | Доска | 25 | 2,44 | 5.2 | 5,98 |
| II | Доска | 40 | 2,03 | 3,6 | 3,94 |
| III | Доска Рубероид | 25 25 25 | 1,8 | 3 | 3,25 |
| IV | Доска Пенопласт Фанера | 25 30 4 | 0,67 | 0,8 | 0,82 |
| V | Доска Рубероид Вата минеральная Фанера | 25 50 4 | 0,87 | 1,07 | 1.1 |
| VI | Металл Вата минеральная Фанера | 3 50 4 | 1,02 | 1,27 | 1,33 |
| VII* | Фанера Асбест Фанера | 10 4 10 | 2,44 | 5,1 | 5,8 |
| VIII | Рубероид Опилки | 100 | 0,74 | 0,89 | 0,9 |
| IX | Рубероид Шлак | 150 | 1,27 | 1,77 | 1,87 |
| X | Рубероид Вата минеральная | 50 | 1,01 | 1,31 | 1,37 |
,
где δi – толщина каждого слоя ограждения, м;
λi – коэффициент теплопроводности материала каждого слоя ограждения, ккал/м·ч·ºС
α – коэффициент теплопередачи у наружной поверхности ограждения, ккал/ м·ч·ºС
Величина коэффициента теплопередачи наиболее часто применяемых конструкций опалубки и укрытий не опалубленной поверхности бетона приведена в таблице 18.
Прочность бетона, определяемая по графикам, за период остывания τ должна быть не менее установленной проектом производства работ. Если эта прочность окажется ниже проектной и нельзя увеличить продолжительность остывания до набора бетоном заданной прочности за счет снижения К и повышения tб.н. до максимально возможной, применение способа «термоса» недопустимо.
Метод «термоса» применяют при бетонировании массивных конструкций с Мп<6 при укладке смесей на портландцементе и с Мп<10 на быстротвердеющем портландцементе.
Если при конкретных условиях способ «термоса» не обеспечивает приобретения бетоном заданной прочности, следует рассмотреть возможность и целесообразность термосного воздержания с введением в бетонную смесь ускорителей твердения бетона:
- хлорид кальция – CaCl2
- хлорид натрия – NaCl
- сульфат натрия – Na2SO4
- нитрат кальция Ca(NO3)2
- нитрит натрия NaNO3
Химические добавки добавляют до 2% массы цемента; они существенно ускоряют процесс твердения в начальный период выдерживания бетона.
Такие бетоны применяют при температуре наружного воздуха -15….-20 ºС. Укладывают их в утепленную опалубку и после виброуплотнения закрывают слоем теплоизоляции. Твердение бетона происходит как результат термосного выдерживания в сочетании с положительным воздействием химических добавок. Этот метод применяют для конструкций с Мп≤8 (бетоны на обычных портландцементах).
7.6 Метод «Горячий термос».
Этот метод заключается в кратковременном разогреве бетонной смеси до температуры 60…80 ºС, уплотнении ее в горячим состоянии и выдерживании – термосном или
с дополнительным обогревом. В условиях строительной площадки бетонную смесь разогревают, как правило, электрическим током в основном в электробадьях или в кузовах автосамосвалах.
Разогрев ведут в течении 10…15минут до температуры смеси:
· на быстротвердеющих портландцементах - 60 ºС.
· на портландцементах - 70 ºС.
· на шлакопортландцементах - 80 ºС.
Метод «горячий термос» применяют для конструкций с Мп≤12.
7.7 Бетон с противоморозными добавками.
Сущность способа: введение в бетонную смесь при ее приготовлении добавок, понижающих температуру замерзания воды, обеспечивающих протекания реакции гидратации цемента и твердение бетона при температуре ниже 0 ºС.
Добавки:
- хлористые соли NaCl и CaCl2
- нитрит натрия NaNO3
- поташ K2CO3
Бетонная смесь с противоморозными добавками укладывается в конструкции при Мп>3, если она удовлетворяет требованиям проекта.
Ограничения (СНиП 3.03.01-87) применения бетонов с противоморозными добавками:
- в конструкциях с предварительно напряженной арматурой;
- в стыках сборных и сборно-монолитных конструкциях;
- в конструкциях, эксплуатируемых при переменном уровне воды, в агрессивных средах, в зонах блуждающих токов и под напряжением постоянного тока.
В таблице 19 приведены рекомендуемые виды конструкций, при бетонировании которых целесообразно применять бетоны с противоморозными добавками, а также в сочетании с другими способами бетонирования.
Таблица 19
Рекомендуемый вид конструкций для возведения из бетонов
с противоморозными добавками.
|
Мп
|
Конструкции
|
tB средняя, °С
| Метод выдерживания бетона до набора прочности, % от проектной | ||||
|
20-30
| 50-70 | 80-100 | |||||
| 28 сут. и менее | более 28 сут. | 28 сут. и менее | более 28 сут. | ||||
| 4-8
| Фундаменты под здания, ‘ колонны и оборудование (колонны сечением 50 - 70 см, балки высотой 50 -70 см, стены и плиты толщиной 25 - 50 см)
| До-25 | 1 | 1;2 | 1; 2 | 2 | 1; 2 |
| Ниже -25 | 1;2 | 2;3 | 2 | 2; 3 | 2 | ||
| 8-12
| Рамные конструкции, колонны сечением 30 - 40 см, балки высотой 30 - 40 см, стены и плиты толщиной 20 -25 см, дорожные и другие наземные покрытия толщиной 20 -25 см
| До-25 | 1; 2 | 1; 2 | 1; 2 | 2;3 | 1; 2 |
| Ниже -25 | 2; 3 | 2; 3 | 2 | 3 | 2 | ||
| 12-16
| Монолитные участки сборно-монолитных конструкций, стыки сборных конструкций, наземные покрытия толщиной 10- 15 см
| До-25 | 1;2;3 | 2;3 | 1; 2 | 2;3 | 1; 2 |
| Ниже -25 | 2;3 | 3 | 2 | 3 | -- | ||
| Свыше 16
| Стыки сборных конструкций
| До-25 | 1;2;3 | 2;3 | 1; 2 | 3 | 1; 2 |
| Ниже -25 | 3 | 3 | - | 3 | - | ||
