Количество и вид противоморозной добавки назначается в зависимости от:
· факторов окружающей среды;
· модуля поверхности;
· темпов строительства;
· технико-экономических показателей.
В таблице 20 приведены температурный диапазон применения противоморозных добавок и интенсивность нарастания прочности бетона с добавками.
Бетон с противоморозными добавками разрешается применять в том случае, если до приобретения критической прочности температура бетона с добавками не опускается ниже:
± 15°С при применении НН;
± 20°С при применении ХК+ХН, НК+М, НКМ, ННК+М;
± 25°С при применении П, ХК+НН, ННХК, ННХК+М;
Полное наименование добавок приведено в приложении 8 СНиП 3.03.01-87.
После набора критической прочности бетона с добавками при положительной температуре приобретают прочность 100% от R28.
Бетоны с хлористыми солями могут применяться в изделиях и конструкциях, армированных нерасчетной арматурой с защитным слоем не менее 5см.
Если интенсивность набора прочности не соответствует требованиям ППР, рекомендуется повысить расчетную (среднюю) температуру твердения за счет утепления конструкции.
В таблице 21 приводится рекомендуемое количество противоморозных добавок от массы цемента.
Таблица 20
Нарастание прочности бетона с противоморозными
добавками на портландцементах.
|
Добавка
| t б. твердения, °С | Прочность, при твердении, % от R28 | |||
| Возраст, сут. | |||||
| 7 | 14 | 28 | 90 | ||
| Хлористый натрий | -5 | 35 | 65 | 80 | 100 |
| Хлористый натрий с хлористым кальцием | -10 | 25 | 35 | 45 | 70 |
| -15 | 15 | 25 | 35 | 50 | |
| Нитрит натрия | -5 | 30 | 50 | 70 | 90 |
| -10 | 20 | 35 | 55 | 70 | |
| -15 | 10 | 25 | 35 | 50 | |
| Поташ | -5 | 50 | 60 | 75 | 100 |
| -10 | 30 | 50 | 70 | 90 | |
| -15 | 25 | 40 | 60 | 80 | |
| -20 | 20 | 30 | 50 | 75 | |
| -25 | 15 | 25 | 40 | 65 | |
| СПП | -5 | 40 | 50 | 70 | 95 |
| -10 | 30 | 40 | 65 | 90 | |
| -15 | 20 | 30 | 60 | 80 | |
| -20 | 15 | 20 | 30 | 50 | |
| ННХКМ | -5 | 50 | - | 85 | 100 |
| -10 | 30 | - | 60 | 90 | |
| -15 | 25 | - | 55 | 80 | |
| -20 | 20 | - | 45 | 70 | |
| -25 | 12 | - | 30 | 45 | |
| Аммиачная вода | -1 | - | 25 | 55 | 100 |
| -20 | - | 20 | 45 | 90 | |
| -25 | - | 15 | 30 | 70 | |
Таблица 21
Рекомендуемое количество противоморозных добавок.
| tн. в | Количество безводных солей в % от массы цемента | Концентрация NH4OH (аммиачная вода), % | ||||
| NaCl +CaCl2 | NaNO2 | Ca(NO3)2+НКМ | K2CO3+СДБ | ННХК+М | ||
| -5 -10 -15 -20 -25 -30 | 3+0 3,5+1,5 3+4,5 - - - | 5 7 10 - - - | 2,5+2,5 4,5+4,5 9+3 11,25+3,7 - - | 5 7 10 12 15 - | 4 8 10 12 15 15 | - 8 - 12 - 15 |
Бетоны с противоморозными добавками требуют меньшего расхода воды на единицу объема, чем обычные бетоны.
Недостаточное количество добавок может привести к преждевременному замерзанию, а избыточное – к снижению темпа набора прочности и неоправданному увеличению его стоимости.
В таблице 22 приведены ориентировочные данные по продолжительности выдерживания бетона до набора им критической прочности. При этом количество противоморозных добавок следует назначать согласно данным таблицы 23 с учетом расчетной температуры твердения бетона.
Производство бетонных работ с противоморозными добавками требует соблюдение следующих правил:
1. после окончания бетонирования поверхность конструкции, не защищенную опалубкой, необходимо укрыть слоем гидроизоляционного материала и утеплить изоляционным материалом (минераловатными плитами, пенопластом, спилом, шлаком и др.);
2. термическое сопротивление опалубки и утеплителя должно обеспечивать в бетоне температуру не ниже расчетной до набора прочности не менее критической;
Таблица 22
Продолжительность выдерживания бетона с противоморозными добавками
до набора критической прочности.
|
Добавка
| t б. средняя, °С
| Время выдерживания, сут. | ||
| Марка бетона | ||||
| 200 | 300 | 400 | ||
| НН | -5 -10 -15 | 7 12 19 | 6 3 14 | 4 7 11 |
| ХК + ХН | -5 -10 -15 -20 | 6 9 19 58 | 5 7 14 45 | 4 5 10 28 |
| ННХК ННХК +М ХК+НН | -5 -10 -15 -20 -25 | 5 9 11 14 40 | 4 7 9 11 28 | 3 5 7 9 20 |
| НКМ НК+М ННК+М | -5 -10 -15 -20 | 7 12 19 28 | 6 9 14 19 | 5 7 10 14 |
| П | -5 -10 -15 -20 -25 | 3 7 9 11 14 | 2 5 7 9 10 | 1 4 5 6 7 |
Таблица 23
Рекомендуемое количество противоморозных добавок в зависимости
от расчетной температуры твердения бетона.
| t б , расчёт- ная°С | Количество безводных добавок, % от массы цемента | |||||||
| от | До | НН | ХК+ХМ | НКМ НК+М | ННК+М НК+М | ННХК ХК+НН* | ННХК+М | П |
| 0 | -5 | 4-6 | 0+3-2+3 | 3-5 | 3+1-4+1,5 | 3-5 | 2+1-4+1 | 5-6 |
| -6 | -10 | 6-8 | 3,5+3,5-2,5+4 | 6-9 | 5+1,5-7+2,5 | 6-9 | 4,5+1,5-7+2,5 | 6-8 |
| -11 | -15 | 8-10 | 4,5+3-5+3,5 | 7-10 | 6+2-8+3 | 7-10 | 6+2-8+3 | 8-10 |
| -16 | -20 | - | 6+2,5-7+3 | 9-12 | 7+3-9+4 | 8-12 | 7+2-9+4 | 10-12 |
| -21 | -25 | - | - | - | - | 10-14 | 8+3-10+4 | 12-15 |
3. толщина утеплителя задается из расчета равномерности температурных полей по сечению конструкций в зависимости от различных толщин, углов, выступов и других частей.
Снятие теплоизоляционного укрытия, распалубливание и загружение конструкций должно производиться с соблюдением следующих требований:
· распалубливание несущих железобетонных конструкций следует производить после достижения бетоном прочности, полученной испытанием контрольных образцов;
· конструкции, подвергаемые попеременному оттаиванию и замораживанию, следует распалубливать после достижения 70% прочности от проектной;
· если разность температур поверхностного слоя бетона и наружного воздуха превышает 20°С для конструкции с Мп до 5 и 30°С с Мп>5, распалубленные конструкции должны укрываться на время, необходимое для выравнивания температур.
7.8 Электоротермообработка бетона.
7.8.1 Общие сведения.
Электротермообработка бетона основана на преобразовании электрической энергии в тепловую непосредственно внутри бетона путем пропускания через него электрического тока с помощью электродов (электродный прогрев) или различного рода электронагревательных устройствах (Тэнах, сетчатых, коаксиальных, инфракрасных и других нагревателях), тепло от которых подводится к бетону конвективно, контактно или радиоционно (электропрогрев).
Количества тепла, выделяемого в бетоне при прохождении через него тока, определяют по формуле Джоуля-Ленца:
Q = 3,61·J2·R = 3,61·U·J = 3,61· (U2/R) Дж,
где J – величина тока, А;
R – омическое сопротивление участка бетона, Ом;
U – напряжение, В;
Для перевода электрической мощности Р в тепловую применяют электрический эквивалент тепла, составляющий 3628,8 Дж/кВт: Р = Q/3628,8кВт
Электротермообработка бетона при возведении монолитных конструкций в зимних условиях применяется для предотвращения замораживания бетона и ускорения его твердения при любой температуре наружного воздуха до приобретения прочности, требующейся по проекту производства работ.
Наиболее эффективный – электродный прогрев с ограничением для густоармированных конструкций из-за трудности обеспечения равномерного температурного поля.
Электродный прогрев армированных конструкций должен производиться при напряжении не свыше 127В.
Электродный прогрев неармированных конструкций, а также обогрев внешними электрообогревателями и греющей опалубкой может производиться при напряжении 220-380В, в соответствии с ППР. Предварительный электроразогрев бетонной смеси выполняется при напряжении 220-380В.
Электотермообработка бетона наиболее эффективна до приобретения бетоном прочности 50-60% R28. При дальнейшей тепловой обработке интенсивность твердения замедляется, расход электроэнергии соответственно возрастает. При необходимости получения прочности бетона сразу после прогрева до 70% R28 рекомендуется, как правило, применять составы с минимально возможным В/Ц, вводить в бетон добавки – ускорители твердения. Для получения сразу после прогрева 80-100% R28 следует повышать фактическую марку бетона.
Режимы электротермообработки марку бетона.
а) Разогрев и изометрический прогрев (Рис.53,а), при котором требуемая прочность бетона должна быть достигнута к моменту окончания изотермического прогрева, а прирост прочности за время остывания не учитывается; этот режим рекомендуется применять для конструкций с модулем поверхности 10 и выше;
б) Разогрев и изометрический прогрев и остывание (Рис.53,б), при котором необходимая прочность бетона обеспечивается к концу его остывания, применяется для конструкции с модулем поверхности в пределах 6 – 15;
в) Разогрев и остывание (Рис.53,в) – заданная прочность обеспечивается к концу остывания; применяется для конструкций с модулем поверхности до 8;
г) Ступенчатый подъем температуры (Рис.53,г), при котором сначала производится прогрев 40 – 500 С, выдерживание при этой температуре в течение 1 – 3 ч, а затем быстрый подъем до максимально допустимой для данной конструкции температуры изотермического прогрева;
д) Саморегулирующий режим (только при электродном прогреве), который осуществляется при постоянном напряжений на электродах; изменение температуры в конструкции при этом обратно пропорциональному характеру изменения удельного электрического сопротивления бетона в процессе его твердения; температура бетона вначале возрастает, затем плавно снижается.
Рис.53 Температурные режимы электротермообработки бетонов.
Температурные режимы электротермообработки бетона характеризуется следующими параметрами:
- продолжительностью предварительного выдерживания бетона;
- скоростью подъема температуры;
- температурой изотермического прогрева;
- продолжительностью изотермического прогрева
- скоростью остывания
До начала подключения электрического тока бетон целесообразно выдерживать в течение 2-4часов. Разогрев бетона в конструкции во всех случаях должен начинаться при его температуре не ниже +2°С.
Скорость подъёма температуры не должна превышать:
· в конструкциях с модулем поверхности от 2 до 6 - 8°С в час;
· в конструкциях о модулем поверхности более 6 - 10°С в час;
· в каркасных и тонкостенных конструкциях небольшой протяженности (до 6 м), а также в конструкциях, возводимых в скользящей опалубке, - 15°С в час.
Изотермический прогрев должен производиться по возможности при максимально допустимой температуре, но не свыше значений, приведенных в таблице 24.
Таблица 24
Наивысшие допустимые температуры бетона при электропрогреве
| Цемент | Наивысшие температуры (°С) для конструкций с модулем поверхности | |
| до 10 | свыше 10 | |
| Шлакопортландцемент и пуццо-лановый портландцемент Портландцемент Быстротвердеющий портландцемент | 90 80 75 | 80 70 70 |
Примечания: 1. При периферийном электропрогреве конструкций с модулем поверхности менее 6 наивысшая температура не должна превышать 40°С (в наружных слоях).
2. Максимальная температура прогрева монолитных каркасных и рамных конструкций с жесткой заделкой узловых сопряжений не должна превышать 40°С во избежание возникновения больших температурных напряжений.
Продолжительность изотермического прогрева (ти) в зависимости от требуемой после прогрева прочности и вида цемента ориентировочно может назначаться по графикам. Окончательный режим прогрева для конкретного состава бетонной смеси устанавливается строительной лабораторией по результатам опытных прогревов.
Выдерживание температуры бетона в соответствии с заданным режимом электротермообработки, должно осуществляться следующими способами:
· изменением величины напряжения, подводимого к электродам или электронагревательным устройствам;
· отключением электродов или электронагревателей от сети по окончании подъёма температуры;
· периодическим включением и отключением напряжения на электродах и электронагревателях, в том числе в режиме импульсного прогрева бетона путем чередования коротких импульсов тока с паузами.
Во всех случаях температура бетона является основным параметром, по которому регулируется подача электроэнергии и заданный режим. При этом максимально допустимые значения скорости подъёма температуры не должны быть превышены на наиболее нагретых участках, а продолжительность изотермического прогрева необходимо определять по температуре наименее нагретых участков.
Расчет электротермообработки бетона заключается в определении (теплотехническом расчете) требуемой мощности на нагрев бетона, опалубки и на восполнение теплопотерь в окружающую среду, с учётом тепловыделения цемента, и в последующем определении электрических параметров (напряжения, силы тока, типа и размещения электродов), которые обеспечивают выделение тепла соответственно величине требуемой мощности.
Требуемая удельная мощность Р п, необходимая по теплотехническому расчету для нагревания 1 м3бетона до заданной температуры, и мощность Р идля изотермического прогрева могут быть приняты по табл. 25 и 26 (применительно к бетону с объёмной массой 2400-2500 кг/м3) или подсчитаны по формулам
 |
 |
где Р1, Р2, Р3 - соответственно мощности для нагревания бетона, опалубки, восполнения потерь в окружающую среду;
Р4 = 0,8 кВт/м3 - среднее значение мощности, эквивалентное
экзотермическому теплу;
Р -скорость подъёма температуры бетона, град./ч;
Со -удельная теплоёмкость материала опалубки, ккал/град. * кг;
tи -температура изотермического выдерживания бетона или максимальная температура прогрева при отсутствии изотермического выдерживания, град.
Таблица 25
Удельная мощность, необходимая в период подъёма температуры бетона
| Температура воздуха, оС
| Скорость подъёма температуры бетона, град/ч
| Удельная мощность, кВт/м3, при модуле поверхности | |||||||||||
| 6 | 10 | 15 | 20 | ||||||||||
| Температура изотермического прогрева, °С | |||||||||||||
| 40 | 60 | 80 | 40 | 60 | 80 | 40 | 60 | 80 | 40 | 60 | 80 | ||
| -10 | 5 10 15 | 3,5 7,4 11 | 3,7 7,5 11,2 | 3,8 7,6 11,4 | 4 8 12 | 4,3 8,3 12,2 | 4,6 8,6 12,5 | 4,7 8,9 13,0 | 5,1 9,3 13,5 | 5,6 9,7 13,9 | 5,4 9,7 11,2 | 5.9 9,8 14,7 | 6,5 10,9 15,3 |
| -20 | 5 10 15 | 3,7 7,4 11,2 | 3,8 7,6 11,4 | 4 7,8 11,7 | 4,3 8,3 12,2 | 4,6 8,6 12,5 | 4,9 8,7 12,8 | 5,1 9,3 13,5 | 5,5 9,7 13,9 | 6 10,1 14,3 | 5,9 10,3 14,7 | 6,5 10,9 15,3 | 7,1 11,5 15,9 |
| -30 | 5 10 15 | 3,8 7,6 11,4 | 4 7,8 11,6 | 4,2 7,9 11,7 | 4,6 8,6 12,5 | 4,9 8,8 12,8 | 5,07 9,1 13,1 | 5,5 9,7 13,9 | 6 10,1 14,3 | 6,4 10,6 14,7 | 6,5 10,9 15,3 | 7 11,1 15,8 | 7,6.12 16,4 |
Требуемая мощность Р1 для подъёма температуры бетона с плотностью, не равной 2400 кг/м3, определяется по формуле
 |
где Pn – значение мощности по табл.25, кВт/м3
С1 – удельная теплоемкость легкого бетона, ккал/кг·град
γ1 – объемная масса легкого бетона, кг/м3
Величины требуемой мощности могут приниматься по таблице 26.
Удельный расход электроэнергии для прогрева бетона определяется по формулам 
; ,
где Тn и Тu – соответственно продолжительность подъема температуры и изотермического прогрева, r.
Таблица 26
Удельная мощность, необходимая в период изотермического прогрева бетона
| Температура воздуха, °С
| Удельная мощность, кВт/м3, при модуле поверхности | |||||||||||||
| 6 | 10 | 15 | 20 | |||||||||||
| Температура прогрева, оС | ||||||||||||||
| 40 | 60 | 80 | 40 | 60 | 80 | 40 | 60 | 80 | 40 | 60 | 80 | |||
| -10 | 0,8 | 1,1 | 1,4 | 1,4 | 1,9 | 2,4 | 2,0 | 2,3 | 3,6 | 2,8 | 3,7 | 4,8 | ||
| -20 | 1,0 | 1,3 | 1,6 | 1,7 | 2,1 | 2,7 | 2,4 | 3,2 | 4,0 | 3,2 | 4,3 | 5,3 | ||
| -30 | 1.1 | 1,4 | 1,8 | 2,0 | 2,4 | 2,9 | 2,8 | 3,6 | 4,4 | 3,7 | 4,8 | 5,9 | ||
Примечания:
1. Таблица составлена для скорости ветра V = 0 м/с.
2. Данные таблицы приведены для деревянной опалубки толщиной 40 мм и укрытия неопалубленной поверхности с аналогичным коэффициентом теплопередачи.
3. Для опалубки из досок толщиной 25 мм и укрытия неопалубленной поверхности с аналогичным коэффициентом теплопередачи значения удельной мощности будут превышать величины, указанные в таблице:
при скорости подъёма температуры 5° в час примерно в 1,2 раза;
при скорости подъёма температуры 10° в час примерно в 1,15 раза;
при скорости подъёма температуры 15° в час примерно в 1,08 раза.
Электродный прогрев
Для подведения напряжения используют электроды различной конструкции и схем расположения, между которыми протекает ток. В зависимости от расположения электродов и места прохождения тока прогрев подразделяют на сквозной и периферийный. При сквозном прогреве ток протекает через массу бетона и тепловая энергия выделяется в теле конструкции. В случае периферийного прогрева ток протекает через бетон между электродами, установленными по наружной поверхности конструкции. Бетон прогревается теплопередачей тепловой энергии от периферии внутрь конструкции.
Способ сквозного прогрева применяют для ускорения твердения бетонных и малоармированных железобетонных конструкций, так как арматура, являясь хорошим проводником, значительно искажает линии тока, создавая неравномерность температурных полей. Периферийный способ прогрева применяют для прогрева конструкций с одной стороны при толщине их до 20 см и с двух сторон при толщине более 20 см.
Интенсивность и количество выделяемой тепловой энергии в бетоне при прохождении тока зависит от электрической мощности, напряжения и электрического сопротивления бетона. Величина удельного электрического сопротивления бетона определяется главным образом количеством воды в единице объёма, концентрацией в ней электролитов и температурой. Удельное электрическое сопротивление изменяется в процессе электропрогрева бетона: в течение первых 2-5 ч оно снижается до минимальной величины ρмин которая составляет 0,5-0,85 от начальной величины в момент подачи напряжения на электроды ρнач.., затем ρначинает возрастать.
На рисунке 54 приведены основные типы электродов и схемы размещения электродов.
Рис. 54 Схемы размещения электродов.
Величины ρнач и ρмин колеблются в пределах соответственно от 400 до 2500 Ом * см и от то 200 до 1800 Ом * см. Увеличение содержания воды в бетоне вызывает существенное снижение ρ.Чем меньше испарения влаги в процессе электропрогрева, тем ниже ρмин и тем медленнее растет удельное электрическое сопротивления бетона после достижения минимального значения.
Величины ρнач и ρмин уменьшаются с увеличением расхода цемента. На величины ρ существенно влияет содержание в цементе водорастворимых щелочей, в связи с чем удельное сопротивление бетона одного состава на портландцементах разных заводов может различаться в 5 и более раз.
Повышение температуры снижает величину ρнач, однако через несколько часов после начала электропрогрева это снижение может оказаться менее значительным, чем увеличение р, вследствие процессов, происходящих за счет соответствующего ускорения твердения бетона, а также в результате испарения влаги.
Остывание свежеуложенного бетона вызывает повышение удельного сопротивления, а замерзание - настолько сильное повышение р, что бетон при обычно используемых величинах напряжения на электродах практически перестает проводить электрический ток.
При расчете электродного прогрева бетона и предварительного электроразогрева бетонной смеси в качестве расчётного параметра ρрасч следует принимать полусумму величин начального и минимального удельного электрического сопротивления.
При предварительных расчётах, если ρнач. известно, можно принимать для бетона ρрасч = 0,85 ρнач Определение удельного электрического сопротивления бетона каждого конкретного состава производится экспериментальным путем в лабораторных условиях.
При выборе типа электродов необходимо руководствоваться следующими правилами:
- электроды должны быть расположены, по возможности, на наружной поверхности прогреваемой конструкции, чтобы они не оставались в бетоне после прогрева; в случае применения внутренних электродов расход стали должен быть минимальным;
- установку и подключение электродов (без подачи напряжения) предпочтительнее осуществлять до начала бетонирования, что упрощает и ускоряет производство работ.
Схемы размещения электродов и графики для расчета электропрогрева приведены на рисунках 54...56
Графики позволяют:
- по заданному напряжению на электродах U, расстоянию между разноименными электродами b и известному удельному электрическому сопротивлению р найти величину электрической мощности;
- по заданным величинам электрической мощности Р и напряжения U, по известному удельному сопротивлению р - найти необходимое расстояние между разноименными электродами b;
- по заданным величинам электрической мощности Р и расстоянию между разнесенными электродами b, по известному удельному сопротивлению р найти требуемое напряжение U.
Для сквозного прогрева полосовыми электродами искомые величины определяются с учетом известной ширины полосовых электродов а и толщины прогреваемой конструкции В; в случае прогрева стержневыми электродами - расстояния между одноименными электродами h или ширины сечения тонкой конструкции H; при прогреве струнными электродами - диаметра струны d и диаметра арматурных стержней d1.
