Технология бетонирования

Бетонирование конструкций

1. Приготовление бетонной смеси
2. Транспортирование бетонной смеси
3. Подготовка к укладке бетонной смеси
4. Способы укладки бетонной смеси
5. Уплотнение бетонной смеси вибрированием
6. Устройство рабочих швов
7. Укладка бетонной смеси в различные конструкции
8. Вакуумирование бетона
9. Торкретирование
10. Укладка бетонной смеси под водой
11. Выдерживание бетона
12. Распалубливание конструкций

Особенности технологии бетонных работ в экстремальных условиях

1. Специфика и методы зимнего бетонирования
2. Метод термоса
3. Бетонирование с применением противоморозных добавок
4. Искусственный прогрев бетона
5. Инфракрасный, индукционный и конвективный нагрев
6. Режимы нагрева и остывания бетона
Заключение



Бетонирование конструкций

1. Приготовление бетонной смеси

    Бетонную смесь приготовляют на механизированном или автоматизированном бетонном заводе и в готовом виде доставляют на строительство. При потребности в бетонной смеси до 3 тыс. м3 в месяц на строительной площадке может быть на эстакаде смонтирована временная бетоносмесительная установка таким образом, чтобы осуществлять выгрузку бетонной смеси в транспортные средства.

    Приготовление бетонной смеси состоит из операций по приему и складированию составляющих материалов (цемента и заполнителей), дозирования и перемешивания их и выдачи готовой бетонной смеси на транспортные средства. В зимних условиях в данный технологический цикл включаются дополнительные операции. При приготовлении бетонной смеси для бетонирования конструкций в условиях отрицательных температур необходимо подогревать воду и заполнители; при применении бетонов с добавками (противоморозными, пластифицирующими, порообразующими и др.) следует предварительно изготовить водный раствор этих добавок.

    Бетонную смесь приготовляют по законченной или расчлененной технологии. При законченной технологии в качестве продукции получают готовую бетонную смесь, при расчлененной – отдозированные составляющие или сухую бетонную смесь.

Основными техническими средствами для приготовления бетонной смеси являются расходные бункера с распределительными устройствами, дозаторы, бетоносмесители, системы внутренних транспортных средств и коммуникаций, раздаточный бункер.

В зависимости от потребности в бетонной смеси могут быть организованы районные бетонные заводы, крупные стационарные бетоносмесительные узлы или построечные установки.

Районные бетонные заводы снабжают готовыми смесями строительные объекты, расположенные на расстояниях, не превышающих технологически допускаемые расстояния автомобильных перевозок. Это расстояние, называемое радиусом действия завода, зависит от многих факторов, основными из которых являются местные дорожные условия и технологические свойства цемента. Районные заводы обычно обслуживают стройки, находящиеся в радиусе действия до 25...30 км.

Стационарные бетоносмесительные узлы (заводы) обычно устраивают на крупных строительных площадках при сроке возведения комплекса в течение 5...6 лет. Такие заводы выполняют сборно-разборными блочной конструкции, что позволяет их быструю перебазировку на новый объект.

Построечные бетоносмесительные установки обслуживают одну строительную площадку или отдельно строящийся объект при месячной потребности в бетонной смеси до 1,5 тыс. м3.

При обосновании создания бетоносмесительной установки на строительной площадке должны быть оборудованы склады песка, щебня, цемента, предусмотрена возможность подогрева составляющих и добавки пластификаторов. Бетонные заводы обычно выпускают продукцию двух видов – отдозированные составляющие и готовую бетонную смесь, в основном для автобетоносмесителей.

В качестве оборудования для приготовления обычной бетонной смеси применяются смесители цикличного и непрерывного действия, работающие по принципу свободного падения смеси или принудительного перемешивания. Бетонные смеси с малым содержанием воды и высокой технической вязкостью приготовляют в вибробетономешалках с интенсивным вибрационным воздействием. Виброперемешивание помимо уменьшения расхода цемента позволяет увеличить прочность конструкций и сократить срок производства работ.

Дозирование составляющих материалов должно производиться по массе. Точность дозирования цемента, активных добавок и воды должно быть не ниже 1% при приготовлении смеси на заводах и не ниже 3% – на бетоносмесительных установках, для заполнителей – соответственно на 2 и 3%. Допускается на мелких бетономешалках осуществлять дозировку цемента по массе, а заполнителей по объему с учетом их влажности. Проверка подвижности бетонной смеси на месте приготовления должна производиться не реже двух раз в смену при условии постоянной влажности заполнителей. Заполнители для бетона применяются фракционированными и чистыми. Запрещается применять природную смесь песка и гравия без рассеивания на фракции.

Порядок загрузки компонентов, продолжительность перемешивания бетонной смеси должны быть установлены для конкретных материалов и применяемого оборудования путем оценки подвижности, однородности и прочности бетона в конкретном замесе.

Загрузку смесителя цикличного действия можно осуществлять в следующей последовательности. Сначала в смеситель подают 15...20% требуемого на замес количества воды, затем одновременно начинают загружать цемент и заполнители, не прекращая подачи воды до требуемого количества. Цемент поступает в смеситель между порциями заполнителя, благодаря чему устраняется его распыление. Продолжительность перемешивания бетонной смеси зависит от емкости барабана смесителя и необходимой подвижности бетонной смеси и находится в пределах от 45 до 240 с.

Наибольший размер зерен крупного заполнителя принимают не более 1/3 наименьшей толщины тонкостенной конструкции, для железобетонных плит – не более 1/2 толщины плиты, для других армированных конструкций – не более 2/3 наименьшего расстояния между стержнями арматуры. В песке не должно быть зерен гравия и щебня размером более 10 мм, а частиц от 5 до 10 мм не более 5% по весу, остальные частицы должны быть размером менее 5 мм. Пригодность воды для приготовления бетонной смеси проверяют лабораторным путем.

Бетонные смеси, в зависимости от водоцементного отношения, а оно обычно варьируется в пределах от 0,35 до 0,8, бывают разной консистенции – жесткие, малоподвижные и подвижные. Степень подвижности характеризуется осадкой стандартного конуса, имеющего высоту обычно 30 см.

Проверку прочности бетона осуществляют контрольными кубиками с ребрами 10, 15, 20 и 30 см. Для немассивных конструкций раздавливают кубики и проверяют прочность бетона через 28 суток, для массивов – в возрасте 60, 90 и 120 дней.

Для подбора состава бетонной смеси в зависимости от требуемой подвижности и водоцементного отношения созданы таблицы состава смеси.

Пример подбора состава бетонной смеси на 1 м3 бетона

Коэффициент выхода – отношение объема бетонной смеси к объемам сухих материалов, обычно в пределах от 0,58 до 0,72.

Все большее применение находит сухая строительная смесь (ССС) – смесь вяжущего, заполнителя, добавок, пигментов, отдозированных и перемешанных на заводе, и затворяемая водой перед употреблением. Точное дозирование компонентов позволяет получать более высокие технические характеристики готовой продукции по сравнению со смесями, приготовляемыми на строительной площадке. Важным достоинством сухих смесей является возможность целенаправленного добавления в них химических добавок и микронаполнителей, как улучшающих их структуру, так и подготовленных для применения в холодное время года.

Сухие смеси для производства бетонных работ подразделены на несколько групп. Сухие бетонные смеси представляют собой смесь крупного заполнителя с фракциями до 20 мм, песка, вяжущего и добавок. На упаковке таких смесей, в частности в зависимости от максимальной крупности заполнителя, даны показания по оптимальной области применения – каркас здания, заделка стыков, устройство полов и т. д. Мелкозернистый бетон наиболее удобен для монтажных, ремонтных работ, устройства стяжек, для работ при отрицательных температурах.

Морозостойкие бетонные смеси разработаны специально для производства работ в зимнее время. Такие смеси имеют в составе специальные добавки, позволяющие свежеуложенному бетону продолжать набирать прочность при понижении температуры до –15 єС.

2. Транспортирование бетонной смеси

Состав процесса транспортирования. В общем виде, транспортный процесс включает приемку бетонной смеси из раздаточного бункера бетоносмесительной установки, перемещение ее различными транспортными средствами на объект бетонирования, последующую подачу смеси к месту укладки или же перегрузку ее на другие транспортные средства или приспособления, с помощью которых смесь доставляют в блок бетонирования. Блоком бетонирования называют подготовленную к укладке бетонной смеси конструкцию или ее часть с установленной опалубкой и смонтированной арматурой.

На практике процесс доставки бетонной смеси в блок бетонирования осуществляют по двум схемам:

- от места приготовления до непосредственной разгрузки в блок бетонирования;
- от места приготовления до места разгрузки у бетонируемого объекта, с последующей подачей бетона в блок бетонирования. Эта схема предусматривает промежуточную перегрузку бетонной смеси.

Транспортирование и укладку бетонной смеси необходимо осуществлять специализированными средствами, обеспечивающими сохранение заданных свойств бетонной смеси. Запрещается добавлять воду на месте укладки смеси для увеличения ее подвижности.

Транспортирование бетонной смеси от места приготовления до места разгрузки или непосредственно в блок бетонирования, осуществляют преимущественно автомобильным транспортом, а транспортирование от места разгрузки в блок бетонирования – в бадьях кранами, подъемниками, транспортерами, бетоноукладчиками, вибропитателями, мототележками, бетононасосами и пневмонагнетателями.

Способ транспортирования бетонной смеси к месту ее укладки выбирают в зависимости от характера сооружения, общего объема укладываемой бетонной смеси, суточной потребности, дальности перевозки и высоты подъема. При любом способе транспортирования бетонную смесь нужно предохранять от влияния солнечных лучей, атмосферных осадков, расслоения на составные части и утечки цементного молока или раствора, обеспечения требуемой для укладки подвижности. Дополнительно в зимних условиях бетонную смесь предохраняют от быстрого охлаждения и замерзания.

Перевозка бетонной смеси автотранспортом. Бетонную смесь на объект бетонирования доставляют в автомобилях-самосвалах, автобетоновозах, автобетоносмесителях, в бадьях-контейнерах, устанавливаемых в кузова бортовых автомобилей. Продолжительность перевозки, т. е. время от приготовления бетонной смеси до ее укладки и уплотнения не должна превышать 1 ч. При движении бетон нужно предохранять от чрезмерного встряхивания во избежание расслаивания.

По хорошим дорогам на расстояния до 15 км бетонную смесь можно транспортировать в открытых автомобилях-самосвалах или в бадьях, установленных в кузовах машин. Из автосамосвалов бетонная смесь может выгружаться в бункера или при бетонировании массивов ниже уровня земли подача бетонной смеси прямо с самосвалов без перегрузки в конструкцию может осуществляться с эстакад или передвижных мостов. Рекомендуемая скорость движения транспорта в пути 16...20 км/ч без резких торможений. Однако кузова автосамосвалов мало приспособлены для перевозки подвижной бетонной смеси. В результате в процессе транспортирования на объект 2...3% смеси теряется в пути – выплескивается при движении по плохим дорогам и при спуске в котлованы, вытекает в щели заднего борта. При опорожнении кузова его частично приходится очищать вручную, в процессе перевозки бетонная смесь в самосвалах часто расслаивается, летом она теряет воду, а зимой быстро охлаждается. Модернизация кузовов автосамосвалов путем изменения их формы, наращивания бортов, установки герметизирующих прокладок вдоль заднего борта хотя и значительно снижают потери бетона, но не решают проблемы в целом.

Для транспортирования бетонной смеси в городских условиях, а также на большие расстояния (в пределах 100 км) особенно целесообразно применять автобетоносмесители со смесительными барабанами разной емкости. В смесительный барабан на бетонном заводе загружают сухую бетонную смесь, которая за 5...8 мин. до прибытия к месту укладки бетонной смеси перемешивается с вводимой в барабан водой или воду подают непосредственно на объекте. Готовую смесь выгружают путем вращения смесительного барабана в обратную сторону. Наличие откидного выгрузочного лотка позволяет производить порционную разгрузку, а также непосредственно подавать смесь сразу в бетонируемую конструкцию. Использование автобетоносмесителей позволяет существенно увеличить допустимые расстояния перевозки бетонных смесей без снижения их качества.

Стоимость перевозки бетонной смеси в автобетоновозах и автобетоносмесителях ниже, чем при других способах, поэтому они находят преимущественное применение в современном строительстве.

Доставленную на объект бетонная смесь разгружают непосредственно в конструкцию или перегружают в приемные бункеры (промежуточные емкости), для последующего перемещения в блоки бетонирования.

Подача бетонной смеси кранами и подъемниками. Доставленную автомобильным транспортом бетонную смесь разгружают на объекте в бадьи и в большинстве случаев с помощью кранов подают непосредственно в конструкцию. Башенные и стреловые краны, используемые на строительной площадке, применяют и для порционной подачи в блоки бетонирования и распределения смеси в пределах этого блока. При этом бетонная смесь в бадье перемещается вертикально и горизонтально, что обеспечивает возможность ее подачи точно в точку или зона разгрузки. Бадьи бывают поворотные и неповоротные.

Поворотная бадья представляет собой сварную емкость, состоящую из жесткого корпуса, затвора и рычага, иногда на корпусе закрепляют вибратор. Корпус выполнен в виде салазок («туфельки»), такая конструкция позволяет загружать бадью, когда она находится в горизонтальном положении. При подъеме краном бадью стропуют за петли на боковой плоскости, благодаря чему она в процессе подъема плавно переходит из горизонтального в вертикальное положение. В таком положении она не только перемещается, но и разгружается путем раскрытия рычагом затвора в нижней части корпуса. При опускании бадьи под загрузку она также плавно принимает горизонтальное положение с загрузочным отверстием кверху. Такие бадьи имеют преимущественное применение. Обычно бадьи бывают полезной емкостью 0,3; 0,6 и 0,8 м3; их заполняют бетонной смесью на 0,9...0,95% их объема.

Неповоротная бадья также представляет собой сварную емкость, но в отличие от поворотной, она подается под загрузку и разгрузку в вертикальном положении. Такие бадьи используются в тех случаях, когда необходимо бетонную смесь подавать относительно узкой струей и небольшими порциями в опалубку колонн, узких стен и перегородок. Вместимость бадьи принимают в пределах 0,5...2 м3.

Подъемники различного типа используют для перемещения бетонной смеси только по вертикали. Обычно применяют подъемники стоечного типа, которые поднимают бетонную смесь на высоту в ковшах или контейнерах. Для горизонтального транспортирования бетонной смеси в этом случае используют тачки, мотороллеры или мототележки. Нашел применение шахтоподъемник, который позволяет поднимать на высоту до 80 м бетонную смесь в объеме 50...60 м3 в смену.

Транспортирование бетонной смеси ленточными конвейерами и бетоноукладчиками. В промышленном и гражданском строительстве используют ленточные конвейеры как внутрипостроечный транспорт для подачи бетонной смеси при бетонировании точечных конструкций с небольшими размерами в плане.

Передвижные ленточные конвейеры, обладая большой производительностью до 35 м3/ч, не распределяют бетонную смесь по всей площади бетонируемой конструкции. Поэтому в процессе подачи смеси приходится переставлять конвейер, что требует дополнительных трудовых затрат и соответственно перерывов в бетонировании.

Более эффективными являются бетоноукладчики, которые применяют для устройства монолитных фундаментов под здания и технологическое оборудование, для бетонирования компактных, но рассредоточенных объектов. Бетоноукладчик представляет собой самоходный агрегат, на вращающейся платформе которого имеется оборудование для приема бетонной смеси и подачи ее к месту укладки. Органом, транспортирующим бетонную смесь, является ленточный телескопический конвейер, состоящий из основного и подвижного конвейеров. Из кузова автобетоновоза бетонная смесь выгружается в приемный бункер бетоноукладчика, откуда она поступает на основной транспортер, с которого перегружается на подвижный, а с него непосредственно в конструкцию. Бетонная смесь может подаваться в любую точку бетонируемой конструкции в плане размерами от 3 до 20 м с поворотом подвижного конвейера до 360є с одной рабочей позиции. Бетоноукладчик может подавать смесь на высоту 8 м, а также опускать ее ниже стоянки с уклоном транспортера до 10є.

Трубопроводный транспорт бетонной смеси. Трубопроводный транспорт относится к внутрипостроечному и при определенных условиях имеет ряд технологических преимуществ перед другими способами горизонтального и вертикального перемещения бетонных смесей. К числу достоинств относятся возможность осуществления одним механизмом горизонтального и вертикального перемещения смесей от места их разгрузки на объекте или непосредственно от приобъектной бетоносмесительной установки к месту непосредственной укладки, возможность подачи бетонных смесей в труднодоступные участки возводимого сооружения.

Техническими средствами трубопроводного транспорта являются машины для перекачивания бетонной смеси из приемного бункера к месту укладки – бетононасосы, пневмонагнетатели, различные бетоноводы и оборудование для подачи бетонной смеси к месту производства работ. Транспортирование бетонной смеси в пределах объекта может быть осуществлено при помощи бетононасосов и пневмонагнетателей. Этот вид механизации применяют при больших объемах бетонирования и при бетонировании высоких конструкций, например сводов, зданий из монолитного бетона, башен и т. д.

Бетононасосы с механическим приводом представляют собой горизонтальные поршневые насосы одностороннего действия с двумя принудительными пробковыми клапанами. Рабочий процесс бетононасоса состоит в возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре и согласованной с ним работы всасывающего и нагнетательного клапанов.

Бетононасосы выполняют в стационарном, прицепном и самоходном вариантах. Радиус действия бетононасоса по горизонтали колеблется в пределах 220...300 м или по вертикали – до 40 м. При больших расстояниях или высотах используют 2...3 последовательно расположенных насоса.

Бетоновод предназначен для перемещения бетонной смеси от бетононасоса к месту укладки и состоит из отдельных трубчатых звеньев (обычно стальных), входящих в комплект бетононасоса. В комплект входят прямые звенья длиной 0,5... 3 м и колена (отводы) с углом поворота 90, 45, 22 и 10є.

Прокладывают бетоновод до наиболее удаленного места укладки бетонной смеси, и по мере укладки его постепенно разбирают, снимая последние звенья труб, т. е. процесс бетонирования ведут «на себя».

В качестве оборудования для распределения бетонной смеси применяют гибкие рукава, поворотные колена, круговые распределители и распределительные стрелы. Для спуска бетонной смеси вниз используют также обычные желоба и хоботы. Гибкие распределительные рукава диаметром 80…125 мм применяют для распределения бетонной смеси в радиусе до 8 м.

Распределительные стрелы являются специализированным оборудованием, предназначенным для перемещения концевого участка бетоновода в зону распределения бетонной смеси. Распределительная стрела состоит из несущих элементов – секций бетоновода с концевым резинотканым рукавом и поворотного устройства. Стрелы в зависимости от их длины бывают двух-, трех- и четырехсекционными. Складывание стрелы обычно производится в вертикальной плоскости и реже – в горизонтальной. Распределительные стрелы изготовляют в стационарном и прицепном вариантах.

На следующую стоянку бетоноукладчик, масса которого 1…6 т, переставляют установленным на объекте монтажным краном, бетоновод удлиняют и бетонная смесь подают на вновь возводимые ярусы здания. Для уплотнения бетонной смеси, в случае если это требуется по технологии производства работ, используют вибраторы различного назначения: для вертикальных конструкций – глубинные вибраторы, для горизонтальных – виброрейки.

В настоящее время наибольшее распространение при укладке бетонной смеси имеют автобетононасосы, представляющие собой бетононасос с полноповоротной распределительной стрелой, смонтированной на раме, которая, в свою очередь, укреплена на шасси автомобиля. Автобетононасосы предназначены для подачи бетонной смеси к месту укладки, как по вертикали, так и по горизонтали. По стреле, состоящей из трех шарнирно сочлененных частей, проходит бетоновод с шарнирами-вставками в местах сочленений стрелы, заканчивающейся гибким распределительным рукавом. При объеме укладки до 80 м3 бетона в смену используют отечественные или импортные автобетононасосы, которые оснащены загрузочным бункером, насосом и раздаточной стрелой. Подача бетонной смеси осуществляется в вертикальном (до 80 м) и горизонтальном направлениях (до 360 м).

В качестве крупного заполнителя рекомендуется применять гравий или щебень не игловатой формы. Наибольший размер зерен крупного заполнителя не должен превышать 0,4 внутреннего диаметра бетоновода для гравия и 0,33 – для щебня. Количество зерен наибольшего размера и зерен пластинчатой (лешадной) или игловатой формы не должно превышать 15% по массе.

Перед началом транспортирования бетонной смеси трубопровод смазывают, прокачивая через него известковое тесто или цементный раствор. После окончания бетонирования бетоновод промывают водой под давлением и через него пропускают эластичный пыж. Длительные остановки бетононасоса не допускаются. При перерыве более чем на 30 мин смесь во избежание образования пробок активизируют путем периодического включения бетононасоса, при перерывах, превышающих 30...40 мин бетоновод должен быть опорожнен, очищен и промыт. Диаметр бетоноводов 150; 180 и 200 мм, максимальный размер крупного заполнителя бетонной смеси принимают не более 1/3 диаметра трубопровода.

3. Подготовка к укладке бетонной смеси

Перед укладкой бетонной смеси в конструкцию выполняют комплекс операций по подготовке опалубки, арматуры, поверхностей ранее уложенного бетона и основания. Укладку смеси осуществляют на естественное основание или в опалубочные формы. Перед укладкой бетонной смеси должны быть оформлены акты на скрытые работы, в том числе на подготовку основания, гидроизоляцию, опалубку, армирование и установку закладных частей.

Подготовительные работы перед бетонированием включают:

- по опалубке – проверку основных отметок, геометрических размеров, вертикальности, отсутствие щелей, наличие пробок и закладных деталей;
- по арматуре – качество сварных швов, правильность установки, надежность закрепления, обеспечение защитного слоя бетона.

Непосредственно перед укладкой бетонной смеси очищенные бетонные поверхности должны быть промыты водой и просушены струей воздуха. Поверхность металлической опалубки покрывается маслом, а бетонной, железобетонной и армоцементной опалубки смачивается водой для предотвращения отсоса большого количества воды из уложенной бетонной смеси в эту опалубку. Опалубка на основе древесины при гладких поверхностях смачивается водой, при шероховатых поверхностях ее лучше смазывать соляровым маслом. Стыковые поверхности ранее уложенного бетона очищают от грязи и промывают.

Проектное расположение арматурных стержней и сеток обеспечивается правильной установкой поддерживающих устройств: шаблонов, фиксаторов, подставок, прокладок и подкладок. Запрещается применять подкладки из обрезков арматуры, деревянных брусков и щебня. Сварные стыки, узлы и швы, выполненные при монтаже арматуры, осматривают снаружи. Кроме того, испытывают несколько образцов арматуры, вырезанных из конструкции. Места вырезки и число образцов устанавливают по согласованию с представителем технадзора.

Расстояние от арматуры до ближайшей поверхности опалубки проверяют по толщине защитного слоя бетона, указываемой в чертежах бетонируемой конструкции.

Арматуру, для надежного сцепления со свежеуложенной бетонной смесью, очищают от грязи, отслаивающейся ржавчины и налипших кусков раствора пескоструйным аппаратом и проволочными щетками.

Перед укладкой бетонной смеси на грунт подготавливают основание. С него удаляют растительные, торфяные и прочие грунты органического происхождения, сухой несвязный грунт увлажняют. Переборы (перекопы) грунта заполняют песком и уплотняют. Готовность основания под укладку бетонной смеси оформляют актом.

4. Способы укладки бетонной смеси

Укладка бетонной смеси должна быть осуществлена такими способами, чтобы были обеспечены монолитность уложенного бетона, проектные физико-механические показатели и однородность бетона, надлежащее его сцепление с арматурой и закладными деталями и полное (без каких-либо пустот) заполнение бетоном заопалубленного пространства возводимой конструкции.

Укладку бетонной смеси осуществляют тремя методами: с уплотнением, литьем (бетонные смеси с суперпластификаторами) и напорной укладкой. При каждом методе укладки должно быть соблюдено основное правило – новая порция бетонной смеси должна быть уложена до начала схватывания цемента в ранее уложенном слое. Этим исключается необходимость устройства рабочих швов бетонирования (см. ниже) по высоте конструкции.

Как правило, укладку в небольшие в плане конструкции (колонны, балки, тонкостенные стены, перегородки и др.) ведут сразу на всю высоту без перерыва для исключения устройства рабочих швов. В большие в плане конструкции (например, массивные фундаментные плиты) бетонную смесь укладывают горизонтальными слоями и, как правило, сразу по всей площади. Слои должны быть одинаковой толщины без разрывов, с последовательным направлением укладки в одну сторону во всех слоях.

При укладке бетонной смеси с уплотнением, полученная по расчетам толщина слоя должна соответствовать (но не превышать) установленной нормами глубине проработки применяемых в данных конкретных условиях технических средств уплотнения. При подаче бетонной смеси в опалубку бетононасосом необходимо осуществлять напорное бетонирование, при котором конец бетоновода должен быть постоянно заглублен в укладываемую бетонную смесь. Поступающая снизу опалубки через бетонолитную трубу бетонная смесь, поднимаясь наверх, будет под давлением последовательно заполнять всю бетонируемую полость. Литая бетонная сверхпластичная смесь с осадкой конуса 14…16 см со специальными добавками, в частности суперпластификаторов, позволяет смеси самоуплотняться без вибрирования.

Доставленная автобетоносмесителями смесь должна подаваться краном в бункерах или бадьях к месту укладки, целесообразно использовать бетононасосы с распределительной стрелой.

Перед укладкой бетонной смеси в опалубку необходимо проверить качество установки и закрепления опалубки, а также всех конструкций и элементов, закрываемых в процессе бетонирования (арматура, закладные детали и др.).

Бетонную смесь укладывают в бетонируемую конструкцию горизонтальными слоями приблизительно одинаковой толщины, без разрывов по длине и с последовательным направлением укладки в одну сторону во всех слоях. При уплотнении бетонной смеси не допускается опирание вибраторов на арматуру, закладные детали, винтовые стяжки и другие элементы опалубки. Глубина погружение глубинного вибратора в бетонную смесь должна обеспечивать углубление его в ранее уложенный слой на 5...10 см. Шаг перестановки глубинных вибраторов не должен превышать полуторного радиуса их действия. Укладку последующего слоя бетонной смеси необходимо выполнять до начала схватывания бетона предыдущего слоя.

Продолжительность вибрирования должна обеспечить достаточное уплотнение, основными признаками которого являются:

- прекращение оседания уложенной бетонной смеси;
- появление цементного молока на ее поверхности;
- прекращение выделения на поверхности пузырьков воздуха.

В процессе производства бетонных работ необходимо постоянно контролировать состояние опалубки и закладных деталей.

5. Уплотнение бетонной смеси вибрированием

При приготовлении, транспортировке и укладке бетонная смесь чаще всего находится в рыхлом состоянии; частицы заполнителя расположены неплотно и между ними есть свободное пространство, заполненное воздухом. Назначение процесса уплотнения – обеспечить высокую плотность и однородность бетона.

Для получения качественного бетона важен не только состав смеси, но и выбранный способ уплотнения. Основной и наиболее распространенный и эффективный способ уплотнения монолитного бетона – вибрирование, основанное на использовании некоторых свойств бетонной смеси. Бетонная смесь – это пластично-вязкое тело, занимающее как бы промежуточное положение между твердыми телами и истинными жидкостями.

Бетонная смесь относится к классу тиксотропных систем, на чем и основано вибрационное уплотнение. Вибрирование уменьшает силу сцепления между зернами бетонной смеси. При этом бетонная смесь теряет структурную прочность и приобретает свойства вязкой тяжелой жидкости. Процесс разжижения является обратимым. По окончании вибрирования прочность структуры бетонной смеси восстанавливается. Под действием вибрирования частицы заполнителя приходят в колебательное движение, бетонная смесь как бы разжижается, приобретает повышенную текучесть и подвижность. В результате она лучше распределяется в опалубке и заполняет ее, включая пространство между арматурными стержнями.

В процессе вибрирования бетонной смеси сообщают малые по величине и очень частые по времени толчки (импульсы), которые приводят частицы смеси в движение. Сцепление между частицами сильно уменьшается и, под действием силы тяжести, они располагаются наиболее плотно.

В условиях строительства применяют три типа, в основном, электромеханических вибраторов, а именно, внутренние (глубинные), наружные и поверхностные. Рабочая часть внутренних вибраторов, погружаемая в бетонную смесь, передает ей колебания через корпус. Поверхностные вибраторы, устанавливаемые на уплотняемую бетонную смесь, передают ей колебания через рабочую площадку. Наружные вибраторы, укрепляемые на опалубке при помощи тисков или другого захватного устройства, передают бетонной смеси колебания через рабочую площадку.

Область применения различных типов вибраторов зависит от размеров и формы бетонируемой конструкции, степени ее армирования и требуемой интенсивности бетонирования. Внутренние вибраторы типа булавы применяют для уплотнения бетонной смеси, укладываемой в массивные конструкции с различной степенью армирования. Внутренние вибраторы с гибким валом используют в различного типа густоармированных конструкциях. Поверхностными вибраторами уплотняют только верхние слои бетона и используют их при бетонировании тонких плит и полов. Наружными вибраторами уплотняют бетонную смесь в густоармированных тонкостенных конструкциях типа колонн, балок.

Вибрационный способ уплотнения наиболее эффективен при умеренно пластичных бетонных смесях с подвижностью 6...8 см. При вибрации смесей с большей подвижностью наблюдается расслоение.

Уплотнение бетонных смесей поверхностными вибраторами производится в течение 20...60 с, глубинными – 20...40 с, наружными – 50...90 с. Продолжительность вибрирования жестких бетонных смесей должна быть не меньше показателя жесткости данной смеси. Визуально продолжительность вибрирования может быть установлена по следующим признакам: прекращению оседания бетонной смеси, приобретению однородного вида, горизонтальности поверхности и появлению на поверхности смеси цементного молока.

Наиболее эффективными являются внутренние вибраторы. Они применяются при бетонировании балок, колонн, фундаментов, стен и других массивов. По мере укладки каждого слоя бетонной смеси вибратор переставляют с одной позиции на другую. Максимальная толщина уплотняемого слоя при работе с внутренними вибраторами (вибробулавами) принимается не более 1,25 их длины. Вибратор должен углубиться на 5…10 см в ранее уложенный нижележащий слой, чтобы проработать стык между слоями и для лучшей связи слоев и уплотнения смеси. Кроме этого, вибратор необходимо погрузить и ниже лицевой поверхности свежеуложенного бетона. Расстояние между позициями внутренних вибраторов не должно превышать полуторного радиуса их действия.

Внутренние вибраторы обычно бывают с гибким валом – на одном конце двигатель, на другом эксцентрик, закрытый кожухом и являющийся рабочим наконечником. В процессе работы вибратора перемещается только этот наконечник.

Наружные вибраторы применяют при бетонировании густоармированных колонн со сторонами до 60 см и стен толщиной до 30 см. Они укрепляются на наружной стороне опалубки, через которую передаются колебания бетонной смеси. Поверхностные вибраторы применяются при бетонировании плоскостных конструкций – полов, плит перекрытий, дорог и т. п. Они устанавливаются на уплотняемую поверхность и передают колебания через рабочую площадку. Уплотнение смеси поверхностными вибраторами осуществляется непрерывными полосами, причем каждая последующая полоса должна перекрываться предыдущей на 10...20 см. Толщина уплотняемого слоя принимается при одиночной арматуре до 250 мм, а при двойной – не более 120 мм. В неармированных конструкциях толщина слоя может быть не более 40 см.

6. Устройство рабочих швов

Для обеспечения монолитности бетонировать конструкцию желательно непрерывно. Укладка следующего слоя бетонной смеси допускается до начала схватывания бетона предыдущего слоя. Но это возможно лишь при незначительных объемах работ и в сравнительно простых конструкциях. Во всех остальных случаях перерывы в бетонировании неизбежны. При необходимости устраивать перерывы в бетонировании конструкций прибегают к так называемым рабочим швам.

Рабочим швом называют плоскость стыка между затвердевшим и новым (свежеуложенным) бетоном, образованную из-за перерыва в бетонировании. Рабочий шов образуется в том случае, когда последующие слои бетонной смеси укладывают на полностью затвердевшие предыдущие. Обычно происходит это при перерывах в бетонировании от 7 ч.

Рабочие швы являются ослабленным местом, поэтому они должны устраиваться в сечениях, где стыки старого и нового бетона не могут отрицательно влиять на прочность конструкции.

Рабочие швы допускается устраивать при бетонировании:

колонн – на уровне верха фундамента, низа прогонов, балок и подкрановых консолей, верха подкрановых балок, низа капителей колонн безбалочных перекрытий;

балок больших размеров, монолитно соединенных с плитами – на 20…30 мм ниже отметки нижней поверхности плиты, а при наличии в плите вутовов – на отметке низа вута плиты;

плоских плит – в любом месте параллельно меньшей стороне плиты;

ребристых перекрытий возможны два случая, – если бетонирование идет в направлении, параллельном второстепенным балкам, рабочий шов допускается в пределах средней трети пролета балок; при бетонировании в направлении, параллельном главным балкам (прогонам), – в пределах двух средних четвертей пролета балок и плит.

отдельных балок – в пределах средней трети пролета балок, в направлении, параллельном главным балкам и прогонам в пределах двух средних четвертей пролета прогонов и плит;

массивов, арок, сводов, бункеров, мостов, других сложных инженерных сооружений и конструкций – в местах, указанных в проектах;

в безбалочных перекрытиях рабочие швы делают в середине пролета плиты.

Рабочие швы в балках и плитах образуют в виде вертикального среза.

Возобновлять прерванное бетонирование можно после того, как в ранее уложенной бетонной смеси закончится процесс схватывания и бетон приобретет прочность не менее 1,5 МПа (способен воспринимать незначительное динамическое воздействие без разрушения).

Поверхность рабочего шва должна быть перпендикулярна оси бетонируемых колонн и балок, а в стенах и плитах – их поверхности. Для этого устанавливают щитки – ограничители с прорезями для арматурных стержней, прикрепляя их к щитам опалубки.

Для надежного сцепления бетона в рабочем шве поверхность ранее уложенного бетона тщательно обрабатывают: кромку схватившегося бетона очищают от цементной пленки и обнажают крупный заполнитель, протирая проволочными щетками; продувают сжатым воздухом и промывают струей воды. Особенно тщательно обрабатывают поверхность бетона вокруг выпусков арматуры; арматурные стержни очищают от раствора. Очищенную поверхность стыка перед началом бетонирования покрывают цементным раствором, имеющим такой же состав, как укладываемая бетонная смесь.

7. Укладка бетонной смеси в различные конструкции

Технологические приемы укладки бетонной смеси назначают в зависимости от типов конструкций и требований к ним, состава применяемой бетонной смеси, конструктивных особенностей опалубки, способов подачи смеси к местам укладки.

Грунтовое основание предварительно очищают и при необходимости уплотняют. Сухие несвязные грунты и скальные породы перед укладкой смеси промывают и затем удаляют воду.

В ступенчатые фундаменты с общей высотой до 3 м и площадью нижней ступени до 6 м2 смесь подают через верхний край опалубки, предусматривая меры против смещения анкерных болтов и закладных деталей. При виброуплотнении внутренние вибраторы погружают в смесь через открытые грани нижней ступени и переставляют их по периметру ступени по направлению к центру фундамента. Аналогично ведут виброуплотнение бетона второй и третьей ступеней, после чего их заглаживают. В пилоны бетонную смесь можно укладывать сразу же после окончания укладки в ступенях. Смесь в пилон подают через верх опалубки. Уплотняют ее внутренними вибраторами, опуская их сверху.

Бетонную смесь в массивные фундаменты с густой арматурой укладывают горизонтальными слоями толщиной 0,3... 0,4 м, уплотняя ее ручными внутренними вибраторами.

Крупные фундаменты и массивы бетонируются по способу непрерывного бетонирования или расчленяются горизонтальными швами на ярусы, а вертикальными швами на блоки. Массивы расчленяются на блоки бетонирования площадью 50...60 кв. м и высотой 1,2...2,0 м, укладку бетона предпочтительно выполнять в шахматном порядке. Для нормального и качественного уплотнения бетонная смесь укладывается только слоями по 0,3...0,4 м и без перерывов в бетонировании. Допустимы только швы в местах, предусмотренных проектом. Бетонирование блоков в каждом ярусе производится непрерывно, слоями одинаковой толщины и с одним и тем же направлением укладки смеси в каждом слое; при укладке непременно и одновременно осуществляется уплотнение бетонной смеси.

Для устройства бетонных подготовок под полы применяют бетонную смесь с осадкой конуса 0...2 см. Бетонирование полов и подстилающих слоев осуществляется полосами шириной в 3...4 м через одну по маячным доскам. В промежуточные полосы бетонную смесь укладывают после затвердения бетона в смежных полосах. Перед бетонированием промежуточных полос снимают маячные доски; по этим граням образуются рабочие швы. Бетонную смесь выгружают на место бетонирования непосредственно из автобетоновоза (или подают бетононасосами). Слои смеси укладывают на 1...2 см выше проектной высоты, предварительно разравнивают, уплотнение осуществляют, добиваясь опускания бетонной смеси до уровня маяков или ранее забетонированных смежных полос. Виброрейку на одной позиции держат до тех пор, пока она не опустится обоими концами на маячные доски. По схватившемуся бетону, при прочности 1,2...1,5 МПа проходят затирочной машиной, поверхность бетона для повышения прочности железнят.

Если по бетонной подготовке предполагаются бетонные, цементные или асфальтовые полы, то поверхность подготовки после проходки виброрейки оставляют шероховатой для лучшего сцепления с верхними слоями.

Чистый пол бетонируют по маячным доскам с уплотнением бетонной смеси виброрейкой. Свежеуложенный бетон через 20...30 мин тщательно заглаживают с помощью ручного инструмента или специальной затирочной машины. К этому моменту на поверхности пола появляется тонкая пленка воды и цементного молока. Такая пленка при заглаживании удаляется. Через 30...40 мин после заглаживания поверхность бетона обрабатывают металлическим полутерком до обнажения зерен гравия (щебня). Такая обработка позволяет получить качественные бетонные полы, обладающие высокой прочностью и малой истираемостью.

Для придания бетонному полу повышенной плотности и высоких гигиенических качеств его поверхность железнят. При этом в поверхность влажного свежеуложенного бетона тщательно втирают сухой цемент до появления матового блеска. Эту операцию выполняют с помощью стальных полутерков, кельм или затирочных машин.

Особенность укладки бетонной смеси при возведении стен и перегородок зависит от их толщины и высоты, а также вида используемой опалубки.

При возведении стен в разборно-переставной опалубке смесь укладывают участками высотой не более 3 м. В стены толщиной более 0,5 м при слабом армировании подают бетонную смесь подвижностью 4...6 см. При длине более 20 м стены делят на участки по 7...10 м и на границе участков устанавливают разделительную опалубку. Бетонную смесь подают непосредственно в опалубку в нескольких точках по длине участка бадьями, виброжелобами, бетононасосами. При высоте стен более 3 м используют звеньевые хоботы, при этом смесь укладывают горизонтальными слоями толщиной 0,3... 0,4 м с обязательным вибрированием.

Подавать смесь в одну точку не рекомендуется, так как при этом образуются наклонные рыхлые слои, снижающие качество поверхности и однородность бетона.

В колонны высотой до 5 м со сторонами сечения до 0,8 м, не имеющие перекрещивающихся хомутов, бетонную смесь укладывают сразу на всю высоту. Смесь осторожно загружают сверху и уплотняют внутренними вибраторами. При высоте же колонн свыше 5 м смесь подают через воронки по хоботу. В высокие и густоармированные колонны с перекрещивающимися хомутами смесь укладывают ярусами до 2 м с загружением через окна в опалубке или специальные карманы. Иногда для подачи бетонной смеси опалубку колонн выполняют со съемными щитами, которые устанавливают после бетонирования нижнего яруса.

Нижняя часть опалубки колонн и стен при бетонировании их сверху опалубки во избежание образования раковин в бетоне вначале заполняется на высоту 100...200 мм цементным раствором состава 1: 2 или 1: 3. Колонны высотой более 5 м также можно бетонировать слоями по 1,5...2,0 м с загрузкой сбоку, через специально оставляемые в опалубке окна.

Бетонирование балок (прогонов) и плит перекрытия, монолитно связанных с колоннами и стенами, осуществляют через 1...2 ч после бетонирования колонн и стен. Бетонную смесь начинают укладывать после укладки последнего слоя (порции) в вертикальные конструкции ввиду необходимости первоначальной осадки уложенной в них смеси. Балки и примыкающие к ним плиты бетонируются одновременно. Бетонная смесь укладывается в балки и прогоны горизонтальными слоями высотой 300...500 мм с обязательным уплотнением.

В балки (прогоны) и плиты ребристых перекрытий смесь укладывают, как правило, одновременно. В балки высотой более 80 см бетонную смесь укладывают слоями 30... 40 см с уплотнением внутренними вибраторами. При этом последний слой смеси должен быть на 3...5 см ниже уровня низа плиты перекрытия.

В плиты перекрытия бетонная смесь подается сразу на всю ширину с уплотнением поверхностными вибраторами при их толщине до 0,25 м и внутренними – при большей толщине.

8. Вакуумирование бетона

Вакуумированием называется удаление из свежеуложенной бетонной смеси свободной воды при помощи разряженного воздуха. Вакуумированный бетон значительно быстрее набирает прочность, обладает повышенной водонепроницаемостью, менее подвержен трещинообразованию и истиранию.

Как известно, для затворения бетона требуется около 20% воды от массы цемента, но, для лучшей удобоукладываемости, водоцементное отношение обычно колеблется в пределах 0,35...0,55, иногда доходит до 0,8. Избыточная вода замедляет процесс схватывания и не позволяет достичь полного уплотнения бетона. Лишняя вода, испаряясь из бетона, понижает его прочность, способствует образованию трещин, снижает его изоляционные свойства и т. д. Вибрирование способствует перемещению части лишней воды на поверхность бетона, вакуумирование позволяет более полно осуществить отсос лишней воды. Сущность метода вакуумирования в уплотнении бетонной смеси с одновременным извлечением избыточной воды затворения и лишнего воздуха, имеющегося в пустотах бетона путем создания в полости бетона разрежения, направленного к поверхности вакуума.

Вакуумирование является технологическим методом, позволяющим извлечь из уложенной бетонной смеси около 10...25% воды затворения с сопутствующим или дополнительным уплотнением. Метод дает возможность применять бетонные смеси с подвижностью до 10 см, что упрощает и удешевляет их распределение и уплотнение, достигая при этом существенного улучшения физико-механических характеристик затвердевшего бетона, соответствующих пониженному остаточному водоцементному отношению.

Вакуумирование обычно применяется при бетонировании полов, перекрытий, сводов-оболочек и других конструкций с развитой горизонтальной поверхностью. Благодаря вакуумированию в бетоне не только снижается водоцементное отношение, но и повышаются плотность и прочность, уплотнение бетона оказывается настолько высоким, что по свежеуложенному бетону можно ходить.

В зависимости от типа конструкции вакуумирование производят либо сверху, либо со стороны боковых поверхностей возводимой конструкции. Горизонтальные и пространственные конструкции, например междуэтажные перекрытия, своды-оболочки, полы, вакуумируют сверху, применяя переносные жесткие вакуум-щиты или вакуум-маты, а стены, колонны и другие развитые по высоте конструкции – со стороны боковых поверхностей, используя для этого вакуум-опалубку.

На ровную поверхность свежеуложенного бетона укладывают вакуум-щит. Конструктивно вакуум-щит представляет собой короб (обычно размером в плане 100Ч125 см) с герметизирующим замком по контуру. Герметизированная коробка верхнего покрытия щита выполняется из стали, водостойкой фанеры или стеклопластика. Снизу щит оборудован вакуум-полостью, непосредственно соприкасающейся с бетоном. Нижняя поверхность щита, граничащая с бетоном – фильтрующая ткань (бязь, полотно), далее идут частная и редкая металлические сетки (вторая – силовая) и крышка из водостойкой фанеры. Благодаря изогнутости проволок сетка в своем сечении образует сообщающиеся между собой мелкие (тонкие) воздушные каналы, которые в сумме и составляют тонкую воздушную прослойку (вакуум-полость).

Между крышкой и фильтрующей тканью за счет двух металлических сеток образуется полость толщиной порядка 4 мм, обрамленная фанерными планками. В середине крышки имеется отверстие с пробочным краном и резиновый шланг, идущий к вакуум-насосу.

По периметру вакуум-щит имеет резиновый фартук для герметизации, который не только окаймляют его, но и препятствуют подсосу воздуха извне в полость, образующуюся при укладке щита на поверхность свежеуложенной бетонной смеси. При включении вакуум-насоса внутри щита образуется вакуум, а в него устремляется вода и воздух из бетонной смеси. Фильтровальная ткань задерживает частицы песка и цемента, но свободно пропускает воду и воздух.

Для создания в вакуум-полости разрежения, а следовательно, и удаления части воды затворения и воздуха, в центре вакуум-щита установлен штуцер, подсоединяемый через трехходовой кран к источнику вакуума. Кран на корпусе вакуум-щита одним из своих положений открывает доступ воздуха во внутреннюю полость щита, выравнивая там давление, что позволяет щит свободно переставить на соседний участок. Обычно по завершении вакуумирования на щит ставят вибратор и производят дополнительное уплотнение бетонной смеси, в результате чего в ней устраняется направленная пористость, которая возникает в процессе вакуумирования.

В настоящее время вместо металлических переходят на использование некорродирующих, легких, штампованных из пластмасс сеток. Во избежание уноса из свежеуложенного бетона цементных частиц вся поверхность сетки, обращенная к бетону, покрывается фильтрующей тканью из нейлона или капрона.

Вакуумирование способствует ускорению распалубливания, повышает итоговую прочность бетона на 20...25%, улучшает морозостойкость, водонепроницаемость, снижает потребность в цементе на 12...20%, ускоряется распалубливание в 1,5...2 раза.

Разряжение в вакуум-полости не менее 350 мм ртутного столба для крупных щитов и не менее 500 мм ртутного столба для мелких щитов. Продолжительность вакуумирования зависит от толщины слоя бетона.

Толщина бетона, см 10 20 30
Продолжительность вакуумирования, мин 10 25 55

Вакуумирование начинается не позднее, чем через 15 мин после окончания бетонирования; после окончания вакуумирования и виброуплотнения бетона необходимо сразу обработать поверхность затирочными машинами.

Вакуумирование желательно проводить на режимах возможно более высокого разряжения. Время вакуумирования зависит от степени разряжения, толщины вакуумированной конструкции, расхода цемента, подвижности бетонной смеси, температуры окружающей среды и других факторов.

9. Торкретирование

Торкретированием называют технологический процесс нанесения на бетонную или иную поверхность под давлением сжатого воздуха тонких слоев цементно-песчаного раствора или мелкозернистого бетона при помощи специальной установки – цемент-пушки для цементного раствора, бетон-шприц-машины – для бетонной смеси. Для этого сухая смесь песка, цемента и крупного заполнителя под действием струи воздуха смешивается с водой и набрасывается на поверхность обрабатываемой конструкции. Наносимый из цемент-пушки на поверхность раствор называется торкретом, наносимый бетон-шприц-машиной бетонная смесь в свою очередь получила название набрызгбетона, который в зарубежной практике носит наименование «шприц-бетон».

Благодаря большой кинетической энергии, развиваемой частицами смеси, нанесенный на поверхность, раствор (бетон) приобретает повышенные характеристики по плотности и прочности, водонепроницаемости, морозостойкости, сцеплению с поверхностями нанесения.

В состав торкрета входят цемент и песок, в состав набрызг-бетона помимо цемента и песка входит крупный заполнитель размером до 30 мм. Растворы или бетонные смеси приготовляют на портландцементах не ниже М400.

Процесс нанесения слоя торкрета (набрызг-бетона) включает две стадии: на первой стадии на поверхности нанесения происходит отложение пластичного слоя, состоящего из раствора с самыми мелкими фракциями заполнителя. Толщина слоя цементного молока и тонких фракций, способного поглотить энергию удара крупных частиц заполнителя и способного удержать крупные частицы, составляет 5...10 мм; на второй стадии происходит частичное проникновение в растворный слой зерен более крупного заполнителя и таким образом образование слоя торкрета или набрызг-бетона.

Торкретирование обычно сопровождается потерей некоторого количества материала, отскакивающего от поверхности нанесения (так называемый «отскок»). Величина отскока частиц зависит от условий производства работ, состава смеси, размера крупных частиц заполнителя и кинетической энергии частиц при ударе. В начальной стадии нанесения почти все частицы крупного заполнителя отскакивают от поверхности, и только цемент и зерна мелких фракций заполнителя удерживаются на ней. Поэтому первоначально наносимый слой толщиной до 2 мм состоит в основном из цементного теста. По мере увеличения толщины наносимого слоя более крупные частицы заполнителя начинают задерживаться в нем, после чего устанавливается постоянный процент отскока. Количественно величина отскока при торкретировании вертикальных поверхностей составляет 10...20%, а при торкретировании потолочных поверхностей – 20...30%. Уменьшение объема отскока достигается выбором оптимальных скоростей выхода смеси из сопла и расстояния от сопла до поверхности нанесения торкрета или набрызг-бетона.

В настоящее время существуют две разновидности нанесения на поверхности под давлением рабочих составов – сухой и мокрый.

При сухом способе исходная сухая смесь во взвешенном состоянии подается в насадку (сопло), где осуществляется перемешивание смеси с водой затворения, т. е. торкретирование. В сопле происходит перемешивание смеси с последующей подачей ее под давлением сжатого воздуха на бетонируемые поверхности.

При мокром способе в сопло под давлением сжатого воздуха поступает готовая бетонная смесь или раствор. В сопле смесь переводится во взвешенное состояние и под давлением наносится на бетонируемые поверхности. Наносимая смесь называется пневмобетоном, что связано с рабочими установками – пневмоустановками и пневмонагнетателями.

Сухой способ применяют для нанесения торкрета, а мокрый – для торкрета и набрызг-бетона. Каждый из способов характеризуется своими техническими средствами и особенностями выполнения операций.

Основными техническими средства для торкретирования сухими смесями являются цемент-пушка и бетон-шприц-машина. Установка включают агрегат для нанесения смеси, компрессор, сопло, шланги для подачи к соплу сухой смеси, воздуха и воды и при необходимости дополнена воздухоочистителем, емкостью для воды, цилиндрическим резервуаром для сухой смеси. Принцип работы агрегатов одинаков.

Сухая смесь загружается в цилиндрический резервуар и через конический затвор попадает в нижнюю часть резервуара, откуда под давлением воздуха от компрессора подается по гибкому шлангу в сопло цемент-пушки, к которому также под давлением сжатого воздуха по другому шлангу подается вода. В сопле цемент-пушки эта вода смачивает смесь цемента и песка, а в бетон-шприц-машине – еще и крупного заполнителя; процесс окончательного смешивания завершается у выходного отверстия сопла. Мокрая смесь, выбрасываемая из сопла со скоростью от 100 до 140 м/с, наносится на обрабатываемую поверхность, образуя на ней слой, намет раствора.

Раствор или бетонная смесь наносятся на поверхность слоями за 2...3 раза при толщине каждого слоя до 25 мм. Для бетонной смеси для первого наносимого слоя максимальный размер фракции крупного заполнителя не должен превышать 10 мм. Последующие слои наносятся после схватывания предыдущего, общая толщина намета составляет 50...75 мм, применяется раствор состава от 1: 2 до 1: 4,5. Если это предусмотрено проектом, этими агрегатами можно наносить на поверхность и гидроизоляцию из водонепроницаемого цементного раствора слоем 5...10 мм.

Обычно расстояние от цемент-пушки до обрабатываемой поверхности 0,7...1,0 м, для бетон-шприц-машины – 1,0...1,2 м. Для лучшего сцепления с наносимым составом поверхность предварительно очищается сухим воздухом или песком под давлением из цемент-пушки, затем поверхность насекают.

Направление струи обычно принимается перпендикулярно поверхности. Давление воздуха в цементпушке и бетоншприцмашине от 0,15 до 0,35 МПа в зависимости от расстояния, вида и размера заполнителей, требований к конкретному торкретному слою. Вода к соплу подается под давлением, на 0,05...0,10 МПа выше давления воздуха для сухой смеси.

Для торкрета применяется песок и мелкий щебень крупностью до 8 мм, а для набрызгбетона – щебень крупностью до 25 мм, цемент для торкретирования принимается только высших марок.

Перерыв в работе допускается 1...2 ч, швы бетонирования устраивают вразбежку, затирку производят до начала схватывания цемента. Укрытие и поливку выполняют как у обычного бетона, можно устраивать паронепроницаемые пленочные покрытия.

При помощи одного агрегата за смену можно нанести торкрет слоем 15...20 мм на вертикальную поверхность площадью 280...320 м2 при производительности до 1,5 м3 смеси в час.

Торкретирование бетона в общем случае не конкурентоспособно традиционной технологии бетонных работ. Этот процесс сравнительно дорогой, трудоемкий и малопроизводительный. Применяют его при невозможности возвести традиционными методами бетонирования конструктивные элементы толщиной в несколько сантиметров (особенно при применении пневмоопалубок), когда требуется получение материала повышенных свойств, для нанесения туннельных обделок, при устройстве защитных слоев на поверхности предварительно напряженных резервуаров, для ремонта и усиления железобетонных конструкций, для замоноличивания стыков и др.

Основные области применения торкретирования – резервуары, своды-оболочки, тонкостенные конструкции с повышенной прочностью и водонепроницаемостью. Способ успешно применяется при исправлении дефектов бетонирования, повышения водонепроницаемости существующих конструкций и сооружений, при бетонировании тонкостенных армоцементных конструкций по арматурному каркасу.

10. Укладка бетонной смеси под водой

При строительстве опор мостов и других сооружений, расположенных под водой, применяют подводное бетонирование (укладку бетонной смеси под водой без производства водоотлива), выполняемое одним из двух способов – вертикально перемещающейся трубы (ВПТ) и восходящего раствора (ВР). Общее для обоих способов – устройство по периметру бетонируемой конструкции шпунтового ограждения, благодаря чему ограничивается подток воды к месту производства работ, а возводимое сооружение предохраняется от вымывания цемента и песка.

Метод вертикально перемещаемой трубы (ВПТ) применяют при бетонировании конструкций на глубине от 1,5 до 50 м, защищенных от проточной воды, когда требуется высокая прочность и монолитность подводного сооружения.

В качестве ограждения используют шпунтовые стенки, специально изготовленную опалубку в виде пространственных блоков (ящиков) из дерева, железобетона, металла либо конструкции (плиты-оболочки, опускные колодцы и др.). Конструкция ограждения должна быть непроницаемой для цементного раствора. Для производства работ над ограждением устраивают рабочую площадку, на которой устанавливают траверсу. К траверсе подвешивают стальной бетоновод, собираемый из отдельных бесшовных труб длиной 1...1,2 м и диаметром 200...300 мм на легкоразъемных водонепроницаемых соединениях. Трубу опускают до низа сооружения, в верхней части бетоновод, находящейся над поверхностью воды, имеет воронку с затвором или бункер для приема бетонной смеси.

Бетонолитная труба подвешена к траверсе, может подниматься и опускаться с помощью лебедки. Первоначально в горловину трубы вставляют пыж из мешковины, который предохраняет первую порцию бетонной смеси, погружаемую в трубу, от размывания водой. После заполнения воронки затвор открывают, и бетонная смесь вслед за пыжом опускается вниз. После того как бетонная смесь заполнит всю бетонолитную трубу и саму воронку, при продолжающейся непрерывной подаче бетонной смеси в воронку, трубу отрывают от земли и начинают медленно поднимать. Необходимо контролировать, чтобы труба была постоянно заглублена в бетонную смесь не менее 0,8 м при глубинах до 10 м и 1,2 м – при больших глубинах. Затем, не прекращая подачи бетонной смеси, трубу поднимают с таким расчетом, чтобы нижний ее конец постоянно располагался не менее чем на 0,8... 1,2 м ниже поверхности бетона.

По окончании подъема трубы на высоту звена бетонирование приостанавливают, демонтируют верхнее звено трубы, переставляют воронку, после чего подачу бетонной смеси возобновляют. Блок бетонируют до уровня, превышающего проектную отметку на величину, равную 2% его высоты.

При таком бетонировании с водой контактирует только верхний слой бетона, который после выполнения работ, подъема трубы и возведения всей конструкции выше глади воды удаляется, но не менее 10 см. Используют только пластичную бетонную смесь с осадкой конуса 16...20 см, расположение труб – только вертикальное. Радиус растекания бетонной смеси из нижнего отверстия трубы не должен превышать 6 м, поэтому большие сооружения разбиваются на блоки с обязательным перекрытием зон бетонирования, непрерывной подачей бетонной смеси, одновременным и равномерным подъемом труб. Принимаемая интенсивность бетонирования более 0,3 м3 на 1 м2/ч.

Метод восходящего раствора (ВР) бывает безнапорным и напорным. Бетонирование методом ВР с заливкой наброски из крупного камня цементно-песчаным раствором следует применять при укладке под водой бетона на глубинах до 20 м для получения прочности бетона, соответствующей прочности бутовой кладки; то же из щебня на тех же глубинах для возведения конструкций из бетона класса до В25 и при глубинах бетонирования от 20 до 50 м и при усилении конструкций рекомендуется применять заливку щебеночного заполнителя цементным раствором без песка.

При безнапорном способе в бетонируемом блоке устанавливают шахты с решетчатыми стенками, внутрь шахт вставляют трубы диаметром 37...100 мм, собранные из звеньев длиной до 1 м с водонепроницаемыми легкоразъемными соединениями. Полость блока заполняют щебнем, гравием, каменной наброской крупностью 150...400 мм и сверху, через трубу подают цементный раствор состава 1: 1 до 1: 2. Шахты необходимы для опускания и подъема труб по всей высоте бетонируемого блока. Растекание раствора осуществляется за счет давления его столба в шахте. Поднимаясь, цементный раствор должен свободно растекаться, обволакивать заполнитель, заполнять все пустоты в каменной наброске. Поэтому для приготовления раствора применяют мелкие пески крупностью зерен не более 2,5 мм и с содержанием не менее 50% частиц не более 0,6 мм. Подвижность раствора должна быть 12... 15 см. Радиус действия каждой трубы 2...3 м. Заглублять трубы в укладываемый раствор необходимо на глубину не менее 0,8 м. По мере повышения уровня укладываемого раствора трубы поднимают, демонтируя их верхние звенья. Уровень раствора доводят на 100... 200 мм выше проектной отметки.

При этом способе расход цемента в 2 раза больше, чем при способе вертикально перемещающейся трубы.

Осуществляют и напорное бетонирование, когда заливочные трубы устанавливают без шахт непосредственно в слой крупного заполнителя и через него нагнетают (инъецируют) под давлением цементный раствор (тесто). Напор раствора в трубе создают с помощью растворонасоса. Песок принимают крупностью до 2,5 мм. Радиус действия труб не свыше 3 м при заливке каменного и 2 м – щебеночного заполнителя. Метод ВР применяют при укладке бетонной смеси на глубине до 20 м.

В обоих случаях труба должна быть утоплена в раствор не менее 0,8 м, верхний слой раствора в 10...20 см высотой, соприкасавшийся с водой и находящийся выше проектной отметки срезается.

11. Выдерживание бетона

Свежеуложенный бетон требует ухода в первые дни твердения, контроля над ходом набора им прочности. В начальный период твердения бетон необходимо защищать от попадания атмосферных осадкой или потерь влаги, в последующем поддерживать температурно-влажностный режим с созданием условий, обеспечивающих нарастание прочности. Условия выдерживания бетона должны обеспечить:

поддержание температурно-влажностного режима, необходимого для нарастания прочности бетона;
предотвращение значительных температурно-усадочных деформаций и образования трещин;
предохранение от ударов, сотрясений и других воздействий, включая механические повреждения;
защиту от солнца, ветра, быстрого высыхания и резких изменений температуры;
защиту от других воздействий, ухудшающих качество бетона в конструкции.

Свежеуложенный бетон поддерживают во влажном состоянии путем периодических поливок и предохраняют летом от солнечных лучей, а зимой от мороза защитными покрытиями.

В жаркую и ветреную погоду незащищенные поверхности свежеуложенного бетона не позднее, чем через 2...3 часа после укладки, укрывают хорошо увлажненной тканью, рогожами, матами, мешковиной, песком, опилками. Большие горизонтальные поверхности бетона можно покрывать битумными или полимерными материалами и пленками. Подобного типа защитные покрытия и другие необходимые мероприятия применяют для предохранения летом от солнечных лучей, а зимой – от быстрого замерзания.

Для обеспечения нормального процесса твердения бетона при температуре окружающего воздуха выше +15єС его нужно выдерживать во влажном состоянии, систематически поливая:



Первые трое суток, когда активно идет процесс гидратации цемента, необходимо поливать бетон в дневное время через каждые 3 часа и один раз ночью, в последующие дни – не реже трех раз в сутки. Свежеуложенный бетон можно не поливать при температуре +3єС.

Поливку осуществляют струей воды с распылителем, шланги подсоединяют к трубопроводам временного водоснабжения. Для предотвращения вымывания частиц в процессе полива рекомендуется начинать поливать бетон только через 8...10 ч после укладки. При укрытии поверхности бетона влагостойкими укрывными материалами перерыв между поливками можно увеличить в 1,5 раза.

Уложенный бетон не должен подвергаться воздействию нагрузок и сотрясений. Движение людей и транспорта, а также работа со свежеуложенного бетона допускается лишь после достижения бетоном прочности более 1,5 МПа. Прочность бетона зависит от качества его составляющих, способа приготовления, транспортирования и укладки, условий твердения и ухода за бетоном.

На строительной площадке необходимо иметь журнал бетонирования, в который регулярно заносят все сведения о бетонировании – начало бетонирования, класс бетона, температура окружающего воздуха, температура бетона, время полива его водой и др.

Класс бетона будет признан заданным, если при испытании не менее трех образцов, выдерживавшихся в аналогичных условиях, прочность бетона в этой серии не будет ниже 85% требуемой прочности.

Необходимо отметить, что в условиях жаркого и сухого климата контроль выдерживания бетона осуществляет строительная лаборатория, которая дает необходимые рекомендации по режимам выдерживания бетона.

12. Распалубливание конструкций

В комплексном технологическом процессе по возведению монолитных конструкций распалубливание (снятие опалубки) является одной из важных и трудоемких операций. Распалубливание конструкций должно выполняться осторожно, чтобы избежать повреждения бетона и обеспечить сохранность опалубки для последующего использования.

Разборка опалубки – распалубливание бетонных и железобетонных конструкций производят после достижения бетоном необходимой прочности. Боковые элементы опалубки, не несущие нагрузку от массы бетона (боковые щиты фундаментов, балок и стен), а только от сил бокового распора, можно разбирать после того, как бетон отвердеет настолько, что его поверхность и кромки углов не будут подвергаться повреждению после распалубливания. При температуре 12...18єС такое положение наступает через 2...3 суток. Эти сроки можно устанавливать на месте в зависимости от вида и класса цемента и температурно-влажностных условий твердения бетона.

Основные, несущие элементы опалубки, воспринимающие давление уложенной бетонной массы, снимают только по достижении бетоном прочности, обеспечивающей сохранность конструкции.

Опалубку несущих элементов конструкций можно снимать в следующие сроки: плиты пролетом до 2 м – при достижении 50%-й проектной прочности; плиты, своды, балки и прогоны пролетом от 2 до 6 м – 70%-й проектной прочности; несущие конструкции пролетом более 6 м – 80%-й проектной прочности.

Минимальная прочность бетона незагруженных монолитных конструкций при распалубливании вертикальных поверхностей из условия сохранения формы – 0,2…0,3 МПа.

Удалению несущей опалубки должно предшествовать плавное и равномерное опускание (раскружаливание) поддерживающих конструкций – лесов или подмостей. Для этого опускают опорные домкраты или ослабляют парные клинья. Запрещается рубить или спиливать нагруженные стойки. Опоры, поддерживающие опалубку балок, прогонов, ригелей опускают одновременно по всей длине элемента.

Опорные стойки, поддерживающие опалубку междуэтажных перекрытий и находящиеся непосредственно под этими перекрытиями удалять не разрешается. Допускается частичное удаление стоек нижележащего перекрытия. Под всеми балками и прогонами нижележащего перекрытия пролетом 4 м и более рекомендуется оставлять несущие стойки (стойки безопасности) на расстоянии одна от другой не более 3 м. Опорные стойки остальных нижележащих перекрытий разрешается удалять полностью лишь при достижении бетоном проектной прочности.

Крупнощитовую опалубку массивов, стен и фундаментов снимают кранами, щиты опалубки предварительно отрывают от забетонированной поверхности с помощью рычажных приспособлений. Перед повторным использованием элементы опалубки осматривают, очищают от остатков бетона, при необходимости ремонтируют и смазывают палубу.

Распалубливание производят в определенной последовательности, устанавливаемой проектом производства работ. Распалубливание при конструкциях на обычных цементах начинают не ранее чем через 7...14 сут в летних условиях. Сокращение сроков выдерживания бетона и более раннего распалубливания обычно достигают за счет применения быстротвердеющих цементов, и мероприятий, ускоряющих распалубливание, – вибрирования, вибровакуумирования и термообработки.

Особенности технологии бетонных работ в экстремальных условиях

1. Специфика и методы зимнего бетонирования

Понятие «зимние условия» в технологии монолитного бетона и железобетона несколько отличается от общепринятого – календарного.

Зимними считаются условия бетонирования при установлении среднесуточной температуре наружного воздуха не выше 5єС или при опускании в течение суток минимальной температуре ниже 0єС. Подобные климатические условия продолжаются на территории России в среднем 6…7 мес. в году.

Формирование прочностных характеристик бетона в зимних условиях имеет свои особенности. Основной проблемой является замерзание в начальный период структурообразования бетона несвязной воды затворения.

При отрицательных температурах не прореагировавшая с цементом вода переходит в лед и не вступает в химическое соединение с цементом. Вода, тонким слоем находящаяся на поверхности крупного заполнителя и арматуры, в процессе замораживания свежеуложенного бетона образует вокруг арматуры и зерен заполнителя ледяные пленки. Эти пленки благодаря притоку воды из менее охлажденных зон бетона, увеличиваются в объеме и отжимают цементное тесто от арматуры и заполнителя, препятствуя необходимому сцеплению с цементным тестом и созданию плотной структуры после оттаивания бетона.

В результате этих процессов прекращается реакция гидратации и, следовательно, бетон не твердеет. Одновременно в бетоне развиваются значительные силы внутреннего давления, вызванные увеличением (примерно на 9%) объема воды при переходе ее в лед. При раннем замораживании бетона его неокрепшая структура не может противостоять этим силам и нарушается. При последующем оттаивании замерзшая вода вновь превращается в жидкость, и процесс гидратации цемента возобновляется, однако разрушенные структурные связи в бетоне полностью не восстанавливаются. Конечная прочность бетона оказывается ниже на 15…20% прочности бетона, выдержанного в нормальных условиях твердения, уменьшается его плотность, стойкость и долговечность.

Теоретически и практически доказано, что в замерзшем бетоне после его оттаивания будет продолжаться процесс набора прочности до заданной марочной при условии набора им к моменту замерзания так называемой критической прочности. Поэтому цель зимнего бетонирования – предохранение бетона от замерзания в ранние сроки, обеспечение надлежащих условий его твердения, приводящих к набору критической прочности.

Если бетон до замерзания приобретает необходимую начальную прочность, то все упомянутые выше процессы не оказывают на него неблагоприятного воздействия. Минимальную прочность, при которой замораживание для бетона не опасно, называют критической. Критерий морозостойкости – критическая прочность, выраженная в % от проектной прочности в возрасте 28 сут, при достижении которой бетон может быть заморожен без снижения его прочностных показателей после продолжения твердения при наступлении положительных температур.

Величина нормируемой критической прочности зависит от факторов, включающих тип монолитной конструкции, класс примененного бетона, условия его выдерживания, срока приложения проектной нагрузки к конструкции, условий эксплуатации и составляет:

для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой – 50% проектной прочности для В7,5...В10, 40% для B12,5... B25 и 30% для В 30 и выше;

- для конструкций с предварительно напрягаемой арматурой – 80% проектной прочности;
- для конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию или расположенных в зоне сезонного оттаивания вечномерзлых грунтов – 70% проектной прочности;
- для конструкций, нагружаемых расчетной нагрузкой, – 100% проектной прочности;
- для ненесущих конструкций – критическая прочность должна быть не ниже 5 МПа (50 кгс/см2).

Продолжительность твердения бетона и его конечные свойства в значительной степени зависят от температурных условий, в которых выдерживают бетон. По мере повышения температуры увеличивается активность воды, содержащейся в бетонной смеси, ускоряется процесс ее взаимодействия с минералами цементного клинкера, интенсифицируются процессы формирования коагуляционной и кристаллической структуры бетона. При снижении температуры, наоборот, все эти процессы затормаживаются, и твердение бетона замедляется.

Основной целью зимнего бетонирования является обеспечение условий, при которых монолитные железобетонные конструкции в короткие сроки с наименьшими затратами могли бы набрать критическую прочность по морозостойкости или требуемую для восприятия проектных нагрузок. Для этого применяют специальные способы приготовления, подачи, укладки и выдерживания бетона.

Задача всех существующих и разрабатываемых методов зимнего бетонирования – достижение бетоном критической, а для большинства несущих конструкций прочности 50...70%-й от марочной в возможно короткие сроки, при соответствующем технико-экономическом обосновании принятых решений и при обязательном выполнении следующих мероприятий:

- применение бетонных смесей с водоцементным отношением до 0,5;
- приготовление бетона на высокоактивных и быстротвердеющих портланд- и шлакопортландцементах, на других вяжущих, в частности магнезиальном, обладающим рядом совершенно уникальных свойств, в том числе твердением при отрицательных температурах;
- использование добавок-ускорителей твердения бетона;
- подогрев воды и заполнителей;
- в отдельных случаях увеличение расхода цемента или повышение марки цемента относительно проектной.

Применимость существующих методов зимнего бетонирования, а иногда и их совокупности, определяют технико-экономическим обоснованием, базирующемся на следующих факторах:

- вид и массивность бетонируемых конструкций;
- состав, темпы укладки и требуемая прочность бетона;
- наличие энергоресурсов;
- вид имеющихся теплоизоляционных материалов;
- метеорологические условия;
- особенности строительной площадки.

Приготовление бетонной смеси. Температура укладываемой в конструкцию бетонной смеси должна быть не ниже определенной расчетом для метода термоса и не ниже +5єС при искусственном прогреве и применении противоморозных добавок. Бетонную смесь приготовляют подогретой и имеющей температуру выше полученной расчетом, так как необходимо учитывать теплопотери от момента приготовления до укладки смеси в конструкцию. При приготовлении бетонной смеси в зимних условиях ее температуру повышают до 35...45єС путем подогрева заполнителей и воды.

Такая температура бетона обеспечивается подогревом заполнителей – песка и щебня не свыше 60єС при помощи паровых регистров, а во вращающихся барабанах, в установках с продувкой дымовых газов через слой заполнителя – горячей водой. Воду подогревают в бойлерах или водогрейных котлах до 90єС. Подогрев цемента запрещается, но его рекомендуется хранить в утепленном помещении. Температура приготовленной бетонной смеси при выходе из бетономешалки оказывается в этом случае в пределах до +45єС.

Таблица: Максимальная температура составляющих бетонной смеси


В летних условиях в барабан смесителя, предварительно заполненного водой, все сухие компоненты загружают одновременно. При приготовлении подогретой бетонной смеси применяют иной порядок загрузки составляющих в бетоносмеситель. Зимой во избежание «заваривания» цемента в барабан смесителя вначале заливают 50% воды затворения, засыпают крупный заполнитель, а после нескольких оборотов барабана бетономешалки – песок, цемент, заливают оставшееся количество воды. По сравнению с летним периодом продолжительность перемешивания увеличивается в 1,25...1,5 раза.

Транспортирование бетонной смеси осуществляют в закрытой утепленной и прогретой перед началом работы таре (бадьи, кузова машин). Автомашины имеют двойное днище, в полость которого поступают отработанные газы мотора, что предотвращает потери тепла. Бетонную смесь следует транспортировать от места приготовления до места укладки по возможности быстрее и без перегрузок. Места погрузки и выгрузки должны быть защищены от ветра, а средства подачи бетонной смеси в конструкции (хоботы, виброхоботы и др.) утеплены.

Подготовка основания, на которое будут укладывать бетонную смесь, заключается в его отогреве до положительной температуры и предохранении от промерзания. Слой старого или ранее уложенного бетона отогревают на 30 см и предохраняют от промерзания все то время, которое требуется свежеуложенному бетону для приобретения начальной прочности, которая не может быть ниже критической.

Состояние основания, на которое укладывается бетонная смесь, а также температура основания и способ укладки должны исключать возможность замерзания смеси в зоне контакта с основанием. При выдерживании бетона в конструкции методом термоса, при предварительном разогреве бетонной смеси, а также при применении бетона с противоморозными добавками допускается укладывать смесь на неотогретое непучинистое основание или старый бетон. В этом случае по предварительному расчету в зоне контакта на протяжении расчетного периода выдерживания не должно произойти замерзания укладываемого бетона.

Опалубку и арматуру до бетонирования очищают от снега и наледи. Арматура диаметром 25 мм и более, жесткие прокатные профили и крупные металлические закладные детали при температуре –10єС и ниже отогревают до положительной температуры.

Распалубливание осуществляют при температуре контактирующего слоя не ниже +5єС для избежания примерзания опалубки к бетону и их повреждения при распалубливании.

Возведение монолитных железобетонных конструкций может быть осуществлено, как правило, с использованием нескольких способов зимнего бетонирования. Нахождение оптимального способа для данных конкретных условий должно базироваться на минимальных значениях трудоемкости, и энергоемкости, стоимости и продолжительности работ, с учетом температуры наружного воздуха, объема работ, наличия электрических мощностей и специального оборудования и материалов для выбранного способа производства работ.

Существует ряд способов зимнего бетонирования, каждый из которых не является универсальным. Степень массивности конструкций характеризуется модулем ее поверхности, представляющим собой отношение площади охлаждаемых поверхностей конструкции к ее объему. Метод «термоса» и его разновидности учитывают начальное теплосодержание бетонной смеси и тепловыделение цемента в процессе его гидратации; он применим для массивных конструкций с модулем поверхности Мп  5. Для колонн, балок и других линейных конструкций модуль поверхности Мп определяют отношением периметра к площади поперечного сечения

Мп = F/V

где F – площадь поверхности охлаждения; V – объем конструкции.

Примеры:

Куб со сторонами 1 Ч 1 Ч 1 м F = 6 м2 V = 1 м3 Мп = 6
То же 2 Ч 2 Ч 2 м F = 24 м2 V = 8 м3 Мп = 3
То же 3 Ч 3 Ч 3 м F = 54 м2 V = 27 м3 Мп = 2
Колонна 0,4 Ч 0,4 Ч 0,4 м Мп = 10
Стена 5 Ч 3 Ч 0,3 м Мп = 7,4
То же 5 Ч 3 Ч 0,2 м Мп = 10,7

Для менее массивных конструкций (Мп > 5) применимы методы искусственного прогрева – электропрогрев, контактный, индукционный и инфракрасный обогрев, использование термоопалубки, греющих проводов, широко практикуется применение специальных противоморозных химических добавок, эффект которых в значительном понижении температуры замерзания воды.

Существующие методы зимнего бетонирования позволяют при применении одного из них или в комбинации с другим вести работы в различных зимних условиях, адекватно отвечая на изменения окружающей среды.

Перспективными являются комбинированные способы зимнего бетонирования, например, термос с использованием в бетоне противоморозных добавок, электропрогрев или обогрев в греющей опалубке бетонов с противоморозными добавками, электрообработка бетонной смеси в тепляках и др.

Выбор того или иного метода зависит от вида и массивности конструкции, вида, состава и требуемой прочности бетона, метеорологических условий производства работ, энергетической оснащенности строительной площадки и др.

Успешность зимнего бетонирования в непрерывности и достаточной интенсивности укладки бетонной смеси с перекрытием ранее уложенного слоя и снижения в нем температуры ниже предусмотренной, обязательном виброуплотнении уложенной смеси и круглосуточности работ, постоянном контроле качества бетона. Минимальная температура укладываемой бетонной смеси в конструкцию должна быть не ниже +20єС.

В настоящее время значительно возросли темпы возведения монолитных зданий (до 4 этажей в месяц). При этом значительно сокращаются сроки выдерживания монолитных конструкций до одних – трех суток при распалубочной прочности до 50...70% проектной. Появились легкие теплоизоляционные материалы, различные электронагреватели, греющие кабели, провода, термоопалубки, приборы для определения температуры твердеющего бетона и средства автоматического управления режимами выдерживания конструкций. Компьютерное программное обеспечение позволяет не только рассчитывать и прогнозировать технологические параметры, но и осуществлять оптимальное управление технологическими процессами.

Технологическая карта на производство бетонных работ в зимних условиях должна включать следующие регламентирующие положения:

- рекомендованный метод зимнего бетонирования;
- требования к составу бетонной смеси, особенности ее приготовления, доставки и укладки в конструкцию, температуру бетонной смеси при приготовлении и укладки в конструкцию;
- схему разбивки типового этажа возводимого сооружения на технологические захватки, увязанные с суточным объемом укладываемой бетонной смеси;
- температурно-влажностный режим выдерживания забетонированных конструкций;
- требуемую прочность бетона по окончании организованного выдерживания;
- мероприятия по контролю качества и набору прочности бетона.

2. Метод термоса

Возведение монолитных конструкций без искусственного прогрева является наиболее экономичным способом зимнего бетонирования. Сущность способа заключается в первоначальном нагревании бетонной смеси за счет подогрева заполнителей и воды, а также использовании тепла, выделяющегося при твердении цемента, для приобретения бетоном заданной прочности в процессе его медленного остывания в утепленной опалубке.

За счет аккумулированной энергии от нагрева воды и наполнителей, последующего выделения теплоты экзотермии цемента – реакции гидратации цемента с водой, массивная теплоизолированная (для уменьшения теплопотерь и, следовательно, увеличения времени остывания) конструкция набирает требуемую прочность за расчетный период времени до замерзания.

Область применения метода термоса – бетонирование в практически любых теплоизолированных опалубках массивных монолитных конструкций (фундаменты, блоки, стены, плиты) с модулем поверхности Мп 3…8. Кроме этого целесообразно применять метод в тех случаях, когда к бетону предъявляют повышенные требования по морозостойкости, водопроницаемости и трещиностойкости, так как термосное выдерживание сопровождается минимальными напряжениями в бетоне от воздействия температуры.

Целесообразность применения метода термоса устанавливается в результате технико-экономического расчета с учетом массивности конструкции Мп, активности и тепловыделения цемента, температуры уложенного бетона, температуры наружного воздуха, скорости ветра, а также возможности получения требуемой прочности бетона в заданный срок.

В зависимости от вида цемента, температуры бетонной смеси, средней температуре остывания и полученной по расчету продолжительности остывания по графикам определяют прочность, которую приобретет бетон через Т ч. Температура бетонной смеси, уложенной в опалубку, к началу выдерживания при методе термоса устанавливается расчетом, и не может быть ниже 5єС. Если определенная таким образом прочность окажется меньше требуемой, то уменьшают коэффициент теплопотерь за счет дополнительного утепления конструкции. Можно увеличить начальную температуру бетона за счет предварительного, непосредственно перед укладкой в конструкцию, кратковременного электроразогрева бетонной смеси в кузовах, бункерах и бадьях трехфазным током промышленной частоты, напряжением 220 и 380 В с помощью пластинчатых электродов.

В процессе твердения бетона выделяется экзотермическая теплота, количественно зависящая от вида применяемого цемента и температуры выдерживания. Наибольшим экзотермическим тепловыделением обладают высокомарочные и быстротвердеющие портландцементы. Поэтому при применении метода термоса рекомендуется применять бетонную смесь на высокоэкзотермичных портланд- и быстротвердеющих цементах, укладывать смесь с повышенной начальной температурой и тщательно утеплять.

Метод тем эффективней, чем массивнее бетонируемая конструкция.

Метод термоса применим: в обычных условиях на подогретой бетонной смеси (МП  5); при использовании высокотермальных цементов с добавкой ускорителей твердения (МП  8); при предварительном электроразогреве бетонной смеси до 80 єС перед самой укладкой в конструкцию (МП  12).

Для ускорения твердения бетона в начальный период термосного выдерживания количество воды затворения должно быть минимальным. Удобоукладываемость бетонной смеси необходимо повышать введением пластифицирующих добавок. Если метод термоса применяют для крупных массивов (например, фундаментная плита), начальную температуру бетонной смеси следует занижать по сравнению с аналогами, имеющими меньший модуль поверхности, во избежание значительного саморазогрева бетона за счет экзотермии и предотвращения существенных температурных напряжений в конструкции.

Модификациями метода термоса, позволяющими расширить область его применения на конструкции с большим Мп, являются термос с добавками-ускорителями и предварительный электроразогрев бетонной смеси (горячий термос).

В случаях резкого изменения погоды (резкое похолодание, вьюга, пурга, метель и др.) а значит и температурных условий выдерживания бетона, заложенных в расчет, необходимо принимать дополнительные оперативные меры для обеспечения получения уложенным бетоном критической прочности до его замерзания. К таким мерам можно отнести устройство дополнительной теплоизоляции бетона, продление сроков его выдерживания и при необходимости искусственный обогрев.

К достоинствам метода «термоса» необходимо отнести низкие трудоемкость и энергоемкость, обеспечивающие минимальную себестоимость зимних работ. Недостатки метода – большая продолжительность выдерживания бетона и ограничения по степени массивности бетонируемых конструкций. Перспектива применения всех разновидностей метода термоса в разработке новых технологичных теплоизоляционных материалов, обеспечивающих простую по устройству и качественную изоляцию свежеуложенного бетона в конструкции любой формы, а также выпусков арматуры.

3. Бетонирование с применением противоморозных добавок

Противоморозные добавки предназначены для предотвращения замерзания жидкой фазы бетонной смеси, имеющей начальную положительную температуру, в период твердения при отрицательных температурах.

Сущность способа заключается во введении в бетонную смесь при ее приготовлении добавок, понижающих температуру замерзания воды, обеспечивающих протекание реакции гидротации цемента и твердения бетона при температуре наружного воздуха ниже 0єС.

Добавки вводят в бетонную смесь в виде водных растворов рабочей концентрации, которые получают смешиванием концентрированных растворов добавок с водой затворения и подают в бетоносмеситель через дозатор воды.

Растворы солей значительно продлевают время существования жидкой фазы, обеспечивая тем самым протекание реакции гидротации даже в условиях отрицательных температур. К числу используемых солей относятся нитрит натрия (НН), нитрит калия (НК), поташ (П), хлористый натрий (ХН) и др.

Противоморозные добавки добавляют в бетонную смесь в процентном отношении к массе цемента. Подбор состава бетона с требуемыми добавками производят с учетом типа и условий эксплуатации монолитной конструкции, температуры наружного воздуха. Количество вносимых добавок увеличивается с понижением температуры воздуха.

Неопалубленные поверхности монолитных конструкций должны быть теплоизолированы с целью предотвращения вымораживания влаги с открытых участков. Температура укладываемого в опалубку бетона с противоморозными добавками должна быть расчетной, но не ниже +50С. Бетоны классов В10, В20, В30 и выше к моменту замерзания должны набрать прочность не ниже, соответственно, 30, 25 и 20% проектной прочности.

Существуют ограничения в применении некоторых противоморозных добавок для бетонов предварительно напряженных конструкций и конструкций, которые будут подвергаться динамическим нагрузкам. Не допускается использование хлористых солей в бетонах для замоноличивания стыков сборных конструкций, имеющих выпуски арматуры или закладные детали, без их предварительной защиты от коррозии.

Применение противоморозных добавок (нитрит натрия и хлористые соли) допускается для использования при бетонировании конструкций, температура которых не опустится ниже –15єС, а конструкций с использованием поташа – ниже –25єС.

Благодаря химическим веществам вода при отрицательной температуре находится в жидкой фазе и способна взаимодействовать с цементом. Эти вещества, введенные в бетон, оказывают разносторонние воздействия на процессы схватывания и твердения бетона. Вещества, обладающие такими химическими свойствами, называют противоморозными добавками.

В качестве основных противоморозных добавок применяют соли соляной кислоты – хлорид кальция CaCl2 и хлорид натрия NaCI, карбонат калия (поташ) К2СО3 и нитрит натрия NaN02. Применяют также ряд комплексных соединений: нитрит кальция с мочевиной (НКМ), нитрат кальция + мочевина (НК+М), нитрит нитрат кальция + мочевина (ННК+М), нитрит нитрат хлорида кальция (ННХК), хлорид кальция + нитрит натрия (XK + НН), нитрит нитрат хлорида кальция + мочевина (ННХК + М).

Если после укладки бетона температура его стала ниже расчетной, принятой при установлении концентрации водных растворов противоморозных добавок, то уложенный бетон утепляют или прибегают к искусственному обогреву до момента достижения бетоном необходимой прочности.

Добавки эффективно ускоряют в 1,2...2 раза процесс твердения. Введение в бетон добавок понижает температуру замерзания воды, увеличивая тем самым продолжительность твердения бетона, что значительно способствует приобретению им большей критической прочности.

Бетоны с небольшим количеством добавок хлористых солей до 2%, поташа и нитрита натрия до 5% от массы цемента готовят на подогретых заполнителях и горячей воде. При этом при выходе из смесителя температура бетонной смеси может находиться в пределах 25...35 єС, снижаясь к моменту укладки в опалубку до 20 єС. Бетонную смесь укладывают в утепленную опалубку и после виброуплотнения закрывают слоем теплоизоляции. Твердение бетона происходит как результат термосного выдерживания с положительным воздействием химических добавок. Этот способ рекомендуется в основном для малоармированных и неответственных конструкций.

Следует учитывать, что увеличение количества добавок соляной кислоты и ее солей вызывает коррозию арматуры, а большое количество поташа или нитрита натрия резко снижают удобоукладываемость бетонной смеси.

В практике зимнего бетонирования часто применяют комплексные способы использования методов зимнего бетонирования для достижения определенных целей, в частности ускорения процессов твердения. Для сокращения сроков твердения бетона с противоморозными добавками используют бетонную смесь, приготовленную на подогретых составляющих, осуществляют тепловую изоляцию бетонируемых конструкций.

Преимущества технологии с использованием противоморозных добавок заключаются в минимальных затратах труда на ее реализацию. Недостатками являются самый продолжительный период приобретения критической и марочной прочности, ограничения в применении, негативные последствия при нарушении требований по применению солей (коррозия арматуры, высолы на поверхности бетона и др.).

4. Искусственный прогрев бетона

Сущность метода искусственного прогрева заключается в повышении температуры уложенного бетона до максимально допустимой и поддержание ее в течение времени, за которое бетон набирает критическую или заданную прочность. Термообработка бетона представляет собой искусственное внесение тепловой энергии в монолитную конструкцию в период ее твердения с целью сокращения периода выдерживания бетона и приобретения им критической или проектной прочности.

Область применения способов теплового воздействия на выдерживаемый бетон распространяется на все разновидности монолитных конструкций с модулем поверхности Мп  10, а также и более массивных, если в последних по тем или иным причинам невозможно достижение в установленные сроки заданной прочности при выдерживании только методом термоса.

Тепловое воздействие на прогреваемый бетон осуществляется несколькими методами, отличающимися друг от друга способами передачи тепловой энергии. Искусственный прогрев базируется на применении следующих методов прогрева: электропрогрев, контактный (кондуктивный), инфракрасный, индукционный, конвективный (использование воздуха или пара).

Электропрогрев основан на выделении внутри твердеющего бетона тепловой энергии, получаемой при пропускании переменного электрического тока через жидкую фазу бетона, используемую в качестве омического сопротивления. Для питания электропрогрева и других способов электротермообработки применяют, как правило, понижающие трансформаторы.

Благодаря омическому сопротивлению пониженное напряжение в электроцепи подводят к прогреваемой монолитной конструкции посредством различных электродов (стержневых, полосовых и струнных), погружаемых в бетон или соприкасающихся с ним по поверхности. Область применения электропрогрева – прогрев монолитных конструкций с модулем поверхности 5…20.

Применению метода должен предшествовать расчет и проектирование электродов, схемы их расположения, подключения к электрической цепи, оптимальных режимов прогрева.

Образующаяся в результате прогрева теплота расходуется на нагрев бетона и опалубки до заданной температуры и возмещение теплопотерь в окружающую среду. Температура бетона при электропрогреве определяется величиной выделяемой в бетоне электрической мощности, которая должна назначаться в зависимости от выбранного режима термообработки и величины теплопотерь, имеющих место при электропрогреве на морозе. Мощность, требуемая для разогрева конструкции с заданной скоростью, складывается из мощности на разогрев бетона, на разогрев опалубки и для возмещения теплопотерь. Расчетная мощность может быть снижена за счет учета экзотермического тепловыделения.

Для подведения электрической энергии к бетону используют различные электроды: пластинчатые, полосовые, стержневые и струнные. К конструкциям электродов и схемам их размещения предъявляются следующие основные требования: мощность, выделяемая в бетоне при электропрогреве, должна соответствовать мощности, требуемой по тепловому расчету; электрическое и, следовательно, температурное поля должны быть по возможности равномерными; электроды следует располагать по возможности снаружи прогреваемой конструкции для обеспечения минимального расхода металла; установку электродов и присоединение к ним проводов необходимо производить до начала укладки бетонной смеси (при использовании наружных электродов).

Преимуществом электродного прогрева бетона по сравнению с другими способами является то, что выделение тепла происходит непосредственно в бетоне при пропускании через него электрического тока. При этом значителен коэффициент полезного действия использования электрической энергии, температурное поле, особенно на стадии разогрева распределяется в бетоне более равномерно. Основные способы электропрогрева бетонных конструкций подразделяются на периферийный, сквозной и внутренний.

При периферийном прогреве электроды располагают по наружному контуру конструкции и прогревают только наружные слои бетона. Ядро конструкции твердеет за счет начального, экзотермического тепла и в меньшей степени зависит от тепла, переносимого из периферийных слоев. Используют пластины и полосы. При конструкциях толщиной до 20 см прогрев осуществляют с одной стороны, при большей ширине – с двух сторон. Способ применим для термообработки плоских бетонных и железобетонных конструкций (стен, перегородок, плит перекрытий, ленточных фундаментов, подготовки под полы, цементных и бетонных полов) с Мп  8. Применяют электроды из полосовой стали толщиной 1...3 мм, нашиваемые на внутренней стороне опалубки. Расход электроэнергии – 80...120 кВт/ч, скорость подъема температуры – до 10єС/ч.

При сквозном прогреве электроды располагают как внутри, так и на поверхности бетона и осуществляют интенсивный и равномерный прогрев всей конструкции. Используют пластины, полосы, стержни и струны, нашиваемые на внутренней поверхности опалубки. Ток пропускают через всю толщину забетонированной конструкции – ленточные фундаменты, стены, перегородки, блоки стен подвалов. Расход электроэнергии на 1 м3 бетона – 80...120 кВт/ч, средняя скорость подъема температуры – до 20єС/ч.

Внутренний прогрев нашел применение для колонн, балок, прогонов, других линейно протяженных элементов. Основан прогрев на использовании в качестве электродов рабочей арматуры конструкции и дополнительных струнных электродов, располагаемых в центральной зоне конструкции. Расход электроэнергии 80...120 кВт/ч, скорость подъема температуры – до 10єС/ч.

Пластинчатые электроды принадлежат к разряду поверхностных и представляют собой пластины из кровельного железа или стали, нашиваемые на внутреннюю, примыкающую к бетону поверхность опалубки и подключаемые к разноименным фазам питающей сети. Электроды размером на всю плоскость стороны располагают по двум противоположным сторонам бетонной конструкции. Изготовляют пластинчатые электроды из кровельной стали при деревянной опалубке, листовой стали или профилей при использовании в качестве электродов поддонов или бортов металлической опалубки. В результате прохождения тока между противолежащими электродами весь объем конструкции нагревается. Пластинчатые электроды обеспечивают сквозной прогрев конструкций. С помощью пластинчатых электродов прогревают слабо армированные конструкции правильной формы небольших размеров (колонны, балки, стены и др.).

Полосовые электроды изготовляют из стальных полос шириной 20... 50 мм и так же, как пластинчатые электроды, нашивают на внутреннюю поверхность опалубки.

Движение тока зависит от схемы присоединения полосовых электродов к фазам питающей сети. В первом случае, при присоединении противолежащих электродов к разноименным фазам, движение тока происходит между противоположными стенками конструкции и в тепловыделение вовлекается вся масса бетона. Во втором случае, при присоединении к разноименным фазам соседних электродов токообмен происходит между этими электродами. При этом 90% всей подводимой энергии рассеивается в периферийных слоях толщиной, равной половине расстояния между электродами. В результате периферийные слои нагреваются за счет джоулевой теплоты. Центральные же слои (так называемое «ядро» бетона) твердеют за счет начального теплосодержания, экзотермии цемента и частично за счет притока теплоты от нагреваемых периферийных слоев. Первую схему применяют для прогрева слабо армированных конструкций толщиной не более 50 см. Периферийный электропрогрев применяют для конструкций любой массивности.

Одностороннее размещение полосовых электродов применяют при электропрогреве плит, стен, полов и других конструкций толщиной не более 20 см. При этом к разноименным фазам питающей сети присоединяют соседние электроды. В результате реализуется периферийный электропрогрев.

При сложной конфигурации бетонируемых конструкций применяют стержневые электроды (круглая сталь диаметром 6...12 мм), устанавливаемые в бетонную конструкцию или закрепляемые на опалубке. При внутреннем расположении стержней обычно устанавливают их в шахматном порядке через 20...40 см и подключают к электрической сети. Стержневые электроды обычно применяют при невозможности или нецелесообразности использования пластинчатых или полосовых электродов. Электропрогрев бетона с помощью стержневых электродов применяют для конструкций с Мп от 5 до 20. Используют трехфазный электрический ток напряжением от 36 до 110 В.

Наиболее целесообразно использовать стержневые электроды в виде плоских электродных групп. В этом случае обеспечивается более равномерное температурное поле в бетоне. При электропрогреве бетонных элементов малого сечения и значительной протяженности (например, бетонных стыков шириной до 3...4 см) применяют одиночные стержневые электроды.

При бетонировании горизонтально расположенных бетонных или имеющих большой защитный слой железобетонных конструкций используют плавающие электроды – арматурные стержни диаметром 6...12 мм, утапливаемые в поверхность свежеуложенного бетона.

Струнные электроды применяют для прогрева конструкций, длина которых во много раз больше размеров их поперечного сечения (колонны, балки, прогоны и т. п.). В качестве струнных электродов применяют круглую сталь диаметром 6...12 мм, стержни устанавливают и закрепляют вдоль оси длинномерных конструкций. Стержни подключают к одной фазе, а металлическую опалубку (или деревянную с обшивкой палубы кровельной сталью) – к другой. В отдельных случаях в качестве другого электрода может быть использована рабочая арматура.

Количество энергии, выделяемой в бетоне в единицу времени, а следовательно, и температурный режим электропрогрева зависят от вида и размеров электродов, схемы их размещения в конструкции, расстояний между ними и схемы подключения к питающей сети. При этом параметром, допускающим произвольное варьирование, чаще всего является подводимое напряжение. Ток на электроды от источника питания подается через трансформаторы и распределительные устройства.

В качестве магистральных и коммутационных проводов применяют изолированные провода с медной или алюминиевой жилой, сечение которых подбирают из условия пропуска через них расчетной силы тока.

Достоинства метода в том, что его реализация возможна с применением подручных средств – арматуры или листового железа при минимальных потерях тепловой энергии. К недостаткам относят потери части примененного в качестве электродов металла (стержневых электродов), значительная трудоемкость при установке и закреплении электродов в конструкции, вероятность появления температурных напряжений в зоне примыкания бетона к электродам, необходимость регулирования процесса обогрева путем применения понижающих трансформаторов и создания программ такого регулирования, финансовые затраты на оплату материалов и электроэнергии.

Контактный (кондуктивный) нагрев обеспечивает передачу тепловой энергии от искусственно нагретых материалов или тел прогреваемому бетону путем непосредственного контакта между ними. Разновидностями этого способа являются обогрев бетона в термоактивной опалубке или прогрев с применением различных технических средств (греющие провода, кабель, термоактивные гибкие покрытия и др.), которые непосредственно контактируют с обогреваемой средой – бетоном. Способ применяется для прогрева тонкостенных конструкций с модулем поверхности в пределах 8…20.

Способ обогрева бетона в термоактивной опалубке целесообразен при использовании инвентарных опалубок со стальной или фанерной палубой при бетонировании разнообразных конструкций, включая фундаменты, стены, перекрытия. Особенно эффективен способ при возведении конструкций и сооружений, бетонирование которых должно вестись без перерывов, а также конструкций, насыщенных арматурой. Метод обогрева экономически выгоден и технологически целесообразен при использовании разборно-переставной, блочной, объемно-переставной, катучей и скользящих опалубок.

Применение термоактивной опалубки не вызывает дополнительных требований к составу бетонной смеси и не ограничивает применение пластифицирующих добавок. Обогрев бетона в греющей опалубке может быть совмещен с электроразогревом бетонной смеси, с применением противоморозных добавок или ускорителей твердения бетона.

Обогрев бетона конструкции производят после сборки опалубочной формы для бетонирования. Те части конструкции, которые оказываются не перекрытыми термоактивной опалубкой, утепляют гибкими покрытиями (одеялами) из стеклоткани или стекловаты.

Технология бетонирования в термоактивной опалубке практически не отличается от технологии аналогичных работ в летний период. Для предотвращения тепловых потерь с горизонтальных поверхностей при перерывах в укладке бетонной смеси и температуре наружного воздуха ниже –20єС бетонируемую конструкцию укрывают брезентом или пленочным материалом.

Технические решения, применяемые при реализации этого способа можно разбить на две группы. К первой относятся электрические термоэлементы, которыми можно оборудовать опалубку, в основном с наружной стороны, сделав ее термоактивной. Типовые щиты опалубки, оснащенные термоэлементами, промаркированные и оборудованные необходимыми электрическими разъемами, подключаются к электрической сети по определенной схеме после установки щитов в проектное положение. Типовые щиты изолированы с наружной стороны сплошным слоем пеноуретана или аналогичного теплоизолятора, что гарантирует минимальные теплопотери. В качестве эффективных термоэлементов нашли применение трубчатые электронагреватели (ТЭНы), греющий кабель, листовые графитовые, слюдяные пластинчатые, трубчатые и полосовые нагреватели из нержавеющей стали.

Во вторую группу нагревательных элементов включены закрепляемые в бетонируемой конструкции, и оставляемые в ней нагреватели. Наиболее распространенным решением являются греющие провода с одной железной жилой диаметром 1,1 и 1,2 мм, заключенные в оболочку (часто полиэтиленовую). Провода крепятся с определенным расчетным шагом на арматуре бетонируемой конструкции и отдельными участками в качестве омического сопротивления подключаются к трехфазной электрической цепи через понижающий трансформатор. Нагреваясь при прохождении электрического тока до 50єС, провода передают контактным путем тепловую энергию окружающему массиву бетона. Данный способ недостаточно эффективен. Не решен вопрос отогрева арматуры и опалубки при укладке в нее бетонной смеси, часты обрывы проводов на всех этапах подготовительных операций. Во время бетонирования и подключения проводов к электросети выясняется, что отдельные участки этой цепи не работают, что приводит к замерзанию этих участков бетонной конструкции. Даже, если электрическая цепь не нарушена, данное решение мало эффективно, так как температура изотермического прогрева не превышает 30 єС и продолжительность цикла прогрева часто превышает 3…4 сут.

Областью применения электрообогрева нагревательными проводами являются монолитные конструкций с модулем поверхности Мп 6...10, бетонирование которых может производиться при минимальной температуре воздуха до –40єС.

Сущность электрообогрева нагревательными проводами заключается в передаче выделенного проводами тепла в бетон контактным путем. Провода со стальной токонесущей изолированной жилой, подключаемые в электрическую сеть, работают как нагреватели сопротивления. Нагревательные провода закладываются непосредственно в массив монолитной конструкции.

Обогрев бетона в монолитной конструкции осуществляется закладкой нагревательного провода непосредственно в бетонируемую конструкцию. Нагревательные провода размещают на арматурном каркасе после установки арматуры в проектное положение.

До начала работ по электрообогреву бетона выполняют следующие подготовительные операции: устанавливают арматурные каркасы и сетки; на арматурном каркасе закрепляют нагревательные провода; очищают от мусора, снега и наледи арматуру и опалубку; устанавливают ограждение рабочей зоны и подводят освещение и сигнализацию; устраивают все необходимые электроразводки до трансформатора – электропроводами подсоединяют нагревательные провода к шинопроводу, уложенному вдоль захватки бетонирования, шинопровод подсоединяют к трансформатору. В зоне трансформатора укладывают деревянные настилы, покрытые резиновыми ковриками.

Рекомендуется на участке электрообогрева перед подключением к электросети установить электрокалорифер и саму зону закрыть брезентом.

Основными требованиями для обеспечения нормального обогрева с помощью нагревательных проводов, являются предотвращение механических повреждений изоляции при размещении и закреплении проводов на арматурном каркасе, устранение возможности коротких замыканий токоведущей жилы с арматурой, стальной опалубкой и другими металлическими элементами. Нагревательный провод укладывают в конструкцию без натяжения, в угловых местах, местах возможного перегиба провода устраивают дополнительную изоляцию из рубероида или битумизированной бумаги.

Крепление провода к арматуре производят с помощью скруток из мягкой вязальной проволоки, обрезками изолированного провода, пластмассовыми фиксаторами, скрепками из стальной проволоки, полиэтиленовым шпагатом. Во избежание обгорания изоляции, замыкания на массу и перегорания нагревательного провода, устраивают выводы нагревательного провода из бетона с помощью монтажного провода. Узлы соединения тщательно изолируют. Перед укладкой бетонной смеси проверяют мегомметром отсутствие замыкания шинопроводов на массу.

Диаметр, длина нагревательного провода и шаг его раскладки в конструкции в зависимости от температуры наружного воздуха и электрического напряжения принимаются по расчету.

Укладку бетонной смеси в конструкцию производят только после раскладки нагревательных проводов, подключения их к шинопроводу, проверки работы всей системы обогрева.

Подготовку конструкции к бетонированию и укладку бетонной смеси при отрицательных температурах наружного воздуха можно производить с учетом следующих требований: арматура диаметром 25 мм и более, прокатные профили и крупные закладные детали конструкции должны быть отогреты до положительной температуры, выступающие части укрыты теплоизоляционным материалом; укладку бетонной смеси следует вести непрерывно, без перевалок, обеспечивая минимальное охлаждение смеси при ее подаче и укладке; температура уложенной в опалубку смеси не должна быть ниже +5єС.

После укладки бетонной смеси горизонтальную поверхность конструкции укрывают гидроизоляционным материалом (полиэтиленовая пленка, пергамин, толь и др.) и слоем теплоизоляции (минераловатные маты, пенополистирол, изовер и др.).

После выполнения всего комплекса этих процессов (проверка правильности подключения всех проводов электроцепи, окончания бетонирования, укладки гидро- и теплоизоляции, ухода людей за пределы ограждения) подают напряжение на нагревательные провода. Электрообогрев рекомендуется проводить при пониженном напряжении 36...100 В.

Во время обогрева бетона необходимо вести наблюдение за состоянием проводов, кабелей и контактов, в случае появления неисправностей немедленно отключать напряжение в системе и устранять неисправности.

Для контактного нагрева бетона преимущественно применяют термоактивные (греющие) опалубки и термоактивные гибкие покрытия (ТАГП). При данном методе используется теплота, выделяемая в покрытии при прохождении электрического тока. Затем эта теплота передается контактным путем поверхностям конструкции. Передача теплоты в самом бетоне конструкции происходит путем теплопроводности.

Греющая опалубка имеет палубу из металлического листа или водостойкой фанеры, с тыльной стороны которой расположены электрические нагревательные элементы. В современных опалубках в качестве нагревателей применяют греющие провода и кабели, сетчатые нагреватели, углеродные ленточные нагреватели, токопроводящие покрытия и др. Наиболее эффективно применение кабелей, которые состоят из константановой проволоки диаметром 0,7... 0,8 мм, помещенной в термостойкую изоляцию. Поверхность изоляции защищена от механических повреждений металлическим защитным чулком. Для обеспечения равномерного теплового потока кабель размещают на расстоянии 10... 15 см ветвь от ветви.

В греющую опалубку может быть переоборудована любая инвентарная с палубой из стали или фанеры. В зависимости от конкретных условий (темпа нагрева, температуры окружающей среды, мощности тепловой защиты тыльной части опалубки) потребная удельная мощность может колебаться от 0,5 до 2 кВт/м2. Греющую опалубку применяют при возведении тонкостенных и средне массивных конструкций, а также при замоноличивании узлов сборных железобетонных элементов.

Сетчатые нагреватели (полоса сетки из металла) изолируют от палубы прокладкой асбестового листа, а с тыльной стороны опалубочного щита то же асбестовым листом и покрывают теплоизоляцией. Для создания электрической цепи отдельные полосы сетчатого нагревателя соединяют между собой разводящими шинами.

Углеродные ленточные нагреватели наклеивают специальными клеями на палубу щита. Для обеспечения прочного контакта с коммутирующими проводами концы лент подвергают меднению.

Термоактивное покрытие (ТРАП) – легкое, гибкое устройство с углеродными ленточными нагревателями или греющими проводами, которые обеспечивают нагрев забетонированной конструкции до 50єС. Основой покрытия является стеклохолст, к которому крепят нагреватели. Для теплоизоляции применяют штапельное стекловолокно с экранированием слоем из фольги. В качестве гидроизоляции используют прорезиненную ткань.

Гибкое покрытие можно изготовлять различных размеров. Для крепления отдельных покрытий между собой предусмотрены отверстия для пропуска тесьмы или зажимов. Покрытие можно располагать на вертикальных, горизонтальных и наклонных поверхностях конструкций. По окончании работы с покрытием на одном месте его снимают, очищают и для удобства транспортировки сворачивают в рулон. Наиболее эффективно применять ТРАП при возведении плит перекрытий и покрытий, устройстве подготовок под полы и др. ТРАП изготовляют с удельной электрической мощностью 0,25...1 кВт/м2.

5. Инфракрасный, индукционный и конвективный нагрев

Инфракрасный нагрев основан на передаче лучистой энергии от генератора инфракрасного излучения нагреваемым поверхностям через воздушную среду. На облучаемой поверхности поглощенная энергия инфракрасного спектра преобразуется в тепловую и благодаря теплопроводности бетона распространяется по толщине нагреваемой конструкции. Метод реализуется посредством автономных (от конструкции и опалубки) инфракрасных прожекторных установок (ИПУ), работающих на электроэнергии.

К преимуществам метода относятся: отсутствует необходимость в переоборудовании опалубки для установки нагревательных элементов, возможность выполнять вспомогательные операции (отогрев промороженного основания или стыков ранее уложенного бетона), удаление наледи на арматуре и в заопалубленном пространстве, возможность прогревать конструкцию параллельно с бетонированием, сохраняя ранее внесенную тепловую энергию, возможность за суточный цикл термообработки получить до 70% проектной прочности бетона.

При инфракрасном нагреве используют способность инфракрасных лучей поглощаться телом и трансформироваться в тепловую энергию, что повышает теплосодержание этого тела. Инфракрасное излучение осуществляют нагревом с помощью электрического тока твердых тел. В промышленности для этих целей применяют инфракрасные лучи с длиной волны 0,76... 6 мкм, при этом максимальным потоком волн данного спектра обладают тела с температурой излучающей поверхности 300...2200єС.

Теплота от источника инфракрасных лучей к нагреваемому телу передается мгновенно, без участия какого-либо переносчика теплоты. Поглощаясь поверхностями облучения, инфракрасные лучи превращаются в тепловую энергию. От нагретых таким образом поверхностных слоев тело прогревается за счет собственной теплопроводности.

Для бетонных работ в качестве генераторов инфракрасного излучения применяют трубчатые металлические и кварцевые излучатели. В зависимости от температуры на поверхности нагревателей они подразделяются на две группы:

высокотемпературные нагреватели с температурой на поверхности выше 250єС – лампы, трубчатые, спиральные, проволочные, кварцевые и др. Карборундовые излучатели имеют мощность до 10 кВт/ч, а их рабочая температура достигает 1300...1500єС. Расход электроэнергии 120...200 кВт/ч, максимальная температура разогрева бетона 80...90єС.

низкотемпературные нагреватели с температурой на поверхности ниже 250єС – плоские, трубчатые и струнные. Расход электроэнергии 100...160 кВт/ч, максимальная температура разогрева бетона 60...70єС.

Для создания направленного лучистого потока излучатели заключают в плоские или параболические рефлекторы, отражатели алюминиевые или из оцинкованной стали, позволяющие до 80% излучаемой энергии передавать направленно.

Инфракрасный нагрев применяют при следующих технологических процессах: отогреве арматуры, промороженных оснований и бетонных поверхностей; тепловой защите укладываемого бетона; ускорении твердения бетона при устройстве междуэтажных перекрытий, возведении стен и других элементов в деревянной, металлической или конструктивной опалубке. Способ инфракрасного прогрева применяют в тонкостенных конструкциях с большим модулем поверхности – стен, высотных сооружений бетонируемых в скользящей опалубке (элеваторы, силосы и т.п.), плит, балок. Его применяют также для отогрева замерзшего бетона в рабочих швах бетонирования, отогрева арматуры и поверхности опалубки-облицовки перед укладкой в нее бетонной смеси.

Оптимальное расстояние между инфракрасной установкой и обогреваемой поверхностью 1,0...1,2 м. Температура на поверхности бетона не должна превышать 80...90єС. Чтобы исключить интенсивное испарение влаги из бетона, открытые его поверхности закрывают полиэтиленовой пленкой, пергамином или рубероидом. Инфракрасный прогрев обеспечивает хорошее качество термообработки бетона, не требуется дополнительного металла на электроды.

Прогрев бетона с помощью инфракрасных лучей обычно делят на три периода: выдержка уложенного бетона и его разогрев до оптимальной температуры, изотермический прогрев при этой температуре и остывание.

Электроэнергия для инфракрасных установок поступает обычно от трансформаторной подстанции, от которой к месту производства работ прокладывают низковольтный кабельный фидер, питающий распределительный шкаф. От шкафа электроэнергию подают по кабельным линиям к отдельным инфракрасным установкам.

Бетон обрабатывают инфракрасными лучами при наличии автоматических устройств, обеспечивающих заданные температурные и временные параметры путем периодического включения-выключения инфракрасных установок.

Инфракрасный прогрев экономичнее других методов зимнего бетонирования – стержневого электропрогрева, одностороннего и двухстороннего периферийного, метода «горячего термоса» в диапазоне изменения модуля поверхности Мп от 7 до 20.

К преимуществам метода относятся: отсутствует необходимость в переоборудовании опалубки для установки нагревательных элементов, возможность выполнять вспомогательные операции (отогрев промороженного основания или стыков ранее уложенного бетона), удаление наледи на арматуре и в заопалубленном пространстве, возможность прогревать конструкцию параллельно с бетонированием, сохраняя ранее внесенную тепловую энергию, возможность за суточный цикл термообработки получить до 70% проектной прочности бетона.

Недостатком технологии инфракрасного прогрева является значительная трудоемкость метода, связанная с переносом, расстановкой и подключением к электрической сети технических средств – инфракрасных прожекторных установок (ИПУ), необходимость создания замкнутого изолированного объема для сокращения затрат тепловой энергии, а также высокий удельный расход электроэнергии 80...120 кВт-ч/м3 прогретого бетона.

Индукционный прогрев основан на использовании тепла, выделяемого в арматуре или стальной опалубке, находящейся в электромагнитном поле катушки индуктора, по которой протекает переменный электрический ток. При индукционном прогреве энергия магнитного поля преобразуется в тепловую в арматуре или стальной опалубке, и за счет теплопроводности передается бетону.

Для создания индукции по наружной поверхности опалубки последовательными витками укладывается изолированный провод-индуктор. Переменный электрический ток, проходя через индуктор, создает переменное электромагнитное поле. Электромагнитная индукция вызывает в находящемся в этом поле металле (арматуре, стальной опалубке) вихревые токи, в результате чего арматура (стальная опалубка) нагревается и от нее (кондуктивно) нагревается бетон. В зависимости от типа бетонируемой конструкции применяют две схемы:

- индуктивной катушки с железом, располагаемая с наружной стороны опалубки;
- трансформатора с сердечником, при расположении внутри бетонируемой конструкции.
- Метод индуктивного прогрева позволяет:
- отогревать арматуру при отрицательных температурах и ранее уложенный и замороженный бетон, примыкающий к возводимой конструкции;
- использовать круглый год инвентарную металлическую опалубку;
- увеличить оборачиваемость деревянной опалубки;
- исключить расход стали на электроды.

Рекомендуемый порядок выполнения работ включает навивку индуктора (в качестве индуктора используют изолированные провода с медными или алюминиевыми жилами), подключение к электрической сети, предварительный отогрев арматуры и металлической опалубки в течение 5...10 мин.

После этого укладывают бетонную смесь в конструкцию и осуществляют ее постепенный прогрев до максимальной температуры 90...95єС, при максимальной скорости разогрева до 20є/ч, расход электроэнергии составляет при этом 120...150 кВт/ч.

Интенсивность термообработки при индукционном прогреве не зависит от электрофизических свойств бетона, а определяется электрическими и магнитными свойствами опалубки, напряженностью магнитного поля.

По условиям безопасности индукционный прогрев ведут на пониженном напряжении от 36 до 12 вольт. При обеспечении надежной изоляции напряжение можно повысить до 220...380 вольт. Режимы прогрева рекомендуют применять те же, что и при инфракрасном прогреве, максимальная скорость подъема температуры не должна превышать 15є/ч. Оптимальные модули поверхности Мп от 5 до 20.

Достоинством метода является простота конструктивного решения и качество прогрева конструкций за счет значительного их армирования, благодаря чему обеспечивается равномерное по сечению и длине конструкций температурное поле. Применение метода требует специальных знаний и расчетов, а также изготовления оснастки для каждого конкретного случая применения указанного метода зимнего бетонирования.

При конвективном способе обогрева передача тепла от источников тепловой энергии нагреваемой конструкции происходит через воздушную среду путем конвекции. Технологическое решение данного способа обогрева может быть реализовано в замкнутом пространстве с применением технических средств (электрокалориферов, газовых конвекторов и др.), преобразующих различные энергоносители (электроэнергия, газ, жидкое и сухое топливо, пар и др.) в тепловую энергию. Способ применим для прогрева тонкостенных стеновых конструкций и перекрытий.

Достоинства метода в незначительной трудоемкости подготовительного периода – устройстве замкнутого объема вокруг прогреваемой конструкции посредством инвентарных ограждений или пологов, например из брезента. К недостаткам относятся значительные тепловые потери на нагрев сторонних предметов и воздуха, большая продолжительность цикла обогрева (от 3 до 7 сут), высокий показатель удельного расхода энергии – свыше 150 кВт-ч/м3 прогретого бетона.

Тепловая энергия бетону передается с помощью нагретой (обычно движущейся) среды – теплым воздухом или паром. В этом случае бетон до приобретения им заданной прочности выдерживают в тепляках, представляющих собой временные ограждающие сооружения. Тепляки могут быть объемными, т. е. охватывающими всю бетонируемую конструкцию, и плоскими или секционными, ограждающими только часть конструкции. За счет теплого воздуха или пара в опалубке и бетоне поддерживают положительную температуру.

Применение для обогрева бетона горячего воздуха приводит к большим потерям теплоты. Данный способ целесообразно использовать при небольшой отрицательной температуре наружного воздуха и при использовании достаточно надежной и герметичной тепловой изоляции. Горячий воздух получают в электрокалориферах, электропушках, огневых калориферах, работающих на жидком топливе.

Способ паропрогрева обеспечивает самые благоприятные тепловлажностные условия для ускоренного твердения бетона. Однако по ряду причин – сложность сетей и устройств, высокая стоимость, большие теплопотери, этот способ применяется в основном на объектах, где имеется избыток пара при недостатке свободных электроресурсов.

Для прогрева монолитных бетонных конструкций применяют пар низкого давления 0,05...0,07 МПа с температурой 80...95єС. Примерный режим прогрева включает подъем температуры в конструкции при скорости не более 5...10є/час, изотермический прогрев при температуре 80єС для бетонов на портландцементе и прогрев до температуры 95єС – для других цементов. Скорость остывания бетона должна быть порядка 10єС/час. Паропрогрев бетона рекомендуется вести до набора им проектной прочности.

Специфика деревянной опалубки для паропрогрева в том, что с внутренней стороны щитов устраивают треугольные или прямоугольные пазы, которые зашивают стальными коробами, внизу щита устроен горизонтальный распределительный короб со штуцером для присоединения к магистральному паропроводу. Температура в тепляке поддерживается 5...10єС, в связи с чем, твердение бетона замедляется, а продолжительность приобретения бетоном распалубочной прочности увеличивается.

Бетонирование конструкций в тепляках применяют редко, так как эти работы весьма трудоемки и требуют значительного расхода материалов на устройство тепляков. В современном строительстве тепляки применяют при возведении высотных сооружений в скользящей или подъемно-переставной опалубке. Их применяют также в тех случаях, когда необходимо поддерживать положительные температуры не только для бетонных, но и других работ, выполняемых в период строительства данного сооружения. В настоящее время в качестве тепляков находят применение надувные конструкции из синтетических материалов, которые представляют собой двустенное ограждение с воздушной прослойкой.

Тепляки обогревают электрическими или паровыми калориферами и в исключительных случаях (например, при возведении отдельно стоящих фундаментов с применением объемных переносных тепляков) – паром. Реже применяют огневоздушное калориферное отопление.

6. Режимы нагрева и остывания бетона

Термообработка бетона имеет ряд технологических особенностей от других методов зимнего бетонирования. Основная особенность – внешнее тепловое воздействие на замоноличенную конструкцию. Чтобы не навредить этой обогреваемой конструкции необходимо соблюдать режимы такой термообработки. Основными исходными данными для расчета режима обогрева являются:

- температура наружного воздуха;
- начальная температура бетонной смеси при ее укладке в опалубку;
- необходимое время цикла термообработки для получения бетоном критической прочности;
- допустимая скорость разогрева (подъема температуры уложенного бетона);
- температура и необходимое время изотермического выдерживания;
- время остывания бетона после разогрева и допустимая скорость остывания;
- какая прочность к моменту замерзания должна быть у данной конструкции – критическая или проектная.

Начальная температура бетона может разниться в больших пределах. При максимальной температуре воды затворения до70 єС и возможности укладки сразу в конструкцию свежеприготовленной бетонной смеси, ее температура может достигать 45єС, за счет транспортирования на строительную площадку и перегрузки температура может снизиться до 20…35єС. При подаче к месту производства работ и укладке в опалубку, соприкосновении с охлажденной опалубкой и арматурой, температура бетонной смеси падает до +5…10єС или ниже в зависимости от окружающей среды. Чем ниже температура уложенного в опалубку бетона, с которой начинается цикл его термообработки, тем больше времени и затрат энергии, увеличении продолжительности цикла, потребуется для выполнения расчетного режима тепловой обработки. Поэтому одна из основных задач заключается в сохранении начальной температуры свежеуложенного бетона при максимально возможных значениях.

Период подъема температуры зависит от начальной температуры уложенного бетона, скорости разогрева, толщины конструкции, направления передачи тепла (односторонний или двухсторонний прогрев) и меняется в пределах 4…8 час. Указанная температура достигается только на поверхности или в зоне прогрева (со стороны источника тепла). В срединной части конструкции разогрев до изотермической температуры (температуры прогрева) происходит значительно медленнее и в зависимости от теплопроводности бетона может наступить еще через 4…8 час. На нагрев конструкции может негативно сказываться постоянный отток тепловой энергии к наружной (противоположной нагреву) поверхности при одностороннем прогреве. Скорость подъема температуры бетона составляет в среднем 5…15єС, увеличение скорости разогрева может привести к температурным напряжениям в бетоне и снижению его прочности.

Температура изотермического выдерживания является определяющей для всего термосного выдерживания, в значительной степени влияющей на время всего цикла прогрева и величины суммарных затрат энергии на прогрев бетона. Отмечено, что экзотермическая активность цементов возрастает с повышением температуры бетона, что позволяет использовать эти внутренние источники энергии бетона, сокращая расход вносимой тепловой энергии. Оптимальная изотермическая температура для бетонов на портландцементе составляет 80єС, для бетонов на шлакопортландцементе – 90єС. В итоге при средней температуре прогрева бетона 70єС для достижения критической прочности в 50% от проектной для стен толщиной до 25 см достаточно 20 час; в монолитных перекрытиях толщиной 20 см для достижения прочности 70% от проектной достаточно 28 часового цикла прогрева.

Период остывания конструкции после прогрева зависит от внешних факторов – температура наружного воздуха, скорость ветра, степень тепловой изоляции конструкции и в прямой связи с максимальной температурой прогрева, может продолжаться 2…4 ч. За этот период, вплоть до замерзания конструкции, будет продолжаться процесс набора бетоном прочности свыше расчетной критической. Разность температуры наружных слоев бетона и наружного воздуха в абсолютных значениях не должна превышать 20…50єС в зависимости от конструктивных особенностей.

Важной особенностью всех применяемых методов термообработки бетона является необходимость выполнения подготовительных работ при зимнем бетонировании. До укладки бетонной смеси в опалубку необходимо удалить из нее снег, наледь с арматуры, отогреть промороженное основание и стыки до положительной температуры или иногда требуемой по расчету. Кроме этого, желательно не только укладывать бетонную смесь в утепленную и разогретую опалубку, но и вести прогрев во время укладки в опалубку бетонной смеси, не делая никаких технологических перерывов, влекущих потерю бетоном аккумулированной начальной тепловой энергии. Отогретая опалубка и тепловая энергия бетона имеющего положительную температуру, совместно с экзотермией цемента позволяют быстро, в сокращенные сроки, разогреть бетонную смесь до изотермической температуры.

Качество конструкций, бетонируемых в зимних условиях с применением методов искусственного прогрева, в значительной степени зависит от режимов нагрева бетона. На выбор режимов оказывают влияние многочисленные факторы, характеризующие как состав бетона, так и всю конструкцию в целом, а также требования к конечной прочности бетона и температура окружающей среды.

В зависимости от перечисленных факторов различают следующие типовые схемы прогрева.

Электротермос применяют для довольно массивных конструкций с модулем поверхности 3  Мп  8, остывающих в течение длительного времени. Конструкцию разогревают до некоторой расчетной температуры, а затем ей позволяют остывать до конечной (часто нулевой) температуры, по достижению которой должна быть получена требуемая прочность.

Изотермический режим с остыванием применяют для прогрева конструкций с модулем поверхности 8  Мп  15. Этот режим представляет собой комбинацию из двух режимов ( и в). При таком режиме необходимую прочность бетон приобретает к моменту остывания, в тепловом балансе учитывают подъем температуры, изотермический прогрев и остывание.

Изотермический режим применяют для немассивных конструкций с Мп >12. Конструкцию разогревают до заданной температуры и изотермически выдерживают при этой температуре. Продолжительность изотермического режима и требуемая прочность бетона при таком режиме должна быть достигнута к моменту окончания изотермического прогрева, прирост прочности во время остывания не учитывается.

Импульсный режим используют при модулях поверхности до 8. Осуществляют периодическое включение и отключение напряжения, подаваемого на электроды или нагревательные элементы. Режим позволяет экономить электроэнергию, так как в период пауз вследствие теплопроводности бетона происходит перераспределение тепла по сечению конструкции, что обеспечивает более равномерное температурное поле. Продолжительность импульсов и пауз зависит от заданной скорости разогрева, температуры изотермического прогрева, модуля поверхности, подводимого напряжения и должна устанавливаться опытным путем.

Саморегулирующийся режим. Режим возможен при прогреве конструкций с Мп  8. При этом режиме напряжение в цепи остается постоянным на протяжении всего режима термообработки, т. е. прогрев осуществляют на одной ступени напряжения трансформатора.

Ступенчатый режим применяют для периферийного прогрева массивных монолитных конструкций с Мп  5, а также немассивных предварительно напряженных конструкций.

Нагрев производят сначала до промежуточной температуры, обычно порядка 50єС и поддерживают на этом уровне 1...3 ч, затем осуществляют быстрый подъем до максимально допустимой для данной конструкции температуры и выдерживание при ней до приобретения бетоном требуемой прочности. При ступенчатом режиме прогрева начальная скорость подъема температуры не должна превышать 20єС, а последующая – не более 30єС/ч.

Разогрев – один из наиболее ответственных периодов прогрева. При высоких скоростях разогрева вследствие внутреннего давления в бетоне происходят структурные разрушения за счет быстрого расширения защемленного воздуха и образующихся паров воды, собственных температурных расширений твердых частиц и интенсивного испарения влаги с поверхности бетона при повышенных температурах.

С увеличением скорости подъема температуры вследствие различия коэффициентов линейного и объемного расширения отдельных компонентов бетона, могут значительно возрастать общие, внутренние деформации, особенно расширения, что приводит к ухудшению его свойств, и даже к частичному или полному разрушению конструкции.

Поэтому нормативными документами установлены следующие максимально допустимые скорости повышения температуры бетона:

5...8єС/ч при модуле поверхности 2  Мп  6;

не более 10єС/ч при 6  Мп  20.

15єС/ч для каркасных и тонкостенных конструкций малой протяженности (не более 6 м).

Максимально допустимые температуры электропрогрева бетона в монолитных конструкциях не должны превышать: для быстротвердеющего портландцемента – 60єС; для портландцемента и шлакопортландцемента – 80єС, а при прогреве конструкций с жесткой заделкой узлов сопряжений, а также при периферийном электропрогреве конструкций с Мп > 6 температура прогрева не должна превышать 40єС.

При резком остывании бетона достаточной прочности и обладающего свойствами хрупкого тела, температурные градиенты создают в конструкции дополнительные напряжения, которые могут вызвать образование необратимых микродефектов. Поэтому скорость остывания не должна превышать:

12єС/ч для конструкций с модулем поверхности Mп  10;

5єС/ч для конструкций с 6  Mп  10;

2...3єС/ч для конструкций с Мп < 6;

15єС/ч для густоармированных каркасных конструкций с Мп >10.

Опалубку и теплозащиту прогретых конструкций можно снимать при остывании бетона до 0...5єС. При этом разность температур открытых поверхностей бетона и наружного воздуха при распалубке не должна превышать: 20єС для конструкций с Мп < 6 и 30 єС для конструкций с Mп > 6.

Если условия не могут быть обеспечены, то поверхность бетона после распалубливания необходимо обязательно утеплить.

Положительное влияние на качество бетона, подвергаемого термообработке, оказывает предварительное выдерживание его до начала прогрева в течение 2...6 ч при нормальной или низкой положительной температуре до +5єС.

Движение электрического тока возможно только при наличии жидкой фазы бетона. В процессе прогрева количество влаги уменьшается, электрическое сопротивление возрастает, падает сила тока и уменьшается количество выделяемого тепла. Поэтому обычно увеличение силы тока осуществляют за счет регулирования напряжения при помощи трансформатора. Чтобы избежать такого регулирования целесообразно подготавливать автоматический режим регулирования процесса или применять, по возможности метод электротермоса.

Заключение
Современные бетоны насчитывают десятки наименований. Это особопрочные, пористые, гидроизолирующие и многие другие бе­тоны. По некоторым показателям они приблизились к природно­му камню и даже металлу.

Используя полимерные смолы в качестве вяжущего, получают более эластичный материал повышенной прочности (полимербетон). Многообразие полимерных смол, заполнителей и наполните­лей, а также технологий изготовления позволяет получить много разновидностей полимербетонов со специфическими и в ряде слу­чаев уникальными свойствами. Это высокие прочностные харак­теристики, воздухо- и водонепроницаемость, высокие химическая и радиационная стойкость, демпфирующие, диэлектрические и другие характеристики при ускоренном нарастании прочности, что особенно важно для монолитного строительства.

Выгодно отличается от традиционного бетона фибробетон, по­скольку он имеет в несколько раз более высокие прочность на рас­тяжение и срез, ударную и усталостную прочность, трещиностойкость, морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление ка­витации, жаропрочность и пожаростойкостъ. Наиболее высокие технико-экономические показатели имеет фибробетон на фибре из стали и щелочестойкого стекла.

Перспективно применение легких бетонов. Например, полистиролбетон с заполнителем из гранул вспененного полистирола может служить теплоизоляционным (для теплоизоляции покры­тий) и конструкционно-теплоизоляционным (для изготовления стеновых блоков малоэтажных жилых домов) материалом.

За последние годы технический уровень возведения бетонных и железобетонных конструкций значительно возрос. Широко при­меняется многооборачиваемая опалубка. Бетонные работы макси­мально механизируются. На наших стройках широко применяют­ся бетоносмесители и бетоносмесительные установки различной производительности, мощные автобетоносмесители и автобетоновозы, бетононасосы и пневмонагнетатели, конвейеры и краны для доставки и подачи бетонной смеси, различные типы вибраторов для уплотнения бетонной смеси и другие машины и оборудование.

При производстве бетонных работ необходимы квалифицированные рабочие кадры, способные наиболее полно использовать современные прогрессивные технологии бетона, оснастку, инстру­менты и механизмы. В новых условиях существенно возросли требования к квалификации и мастерству бетонщика — представите­ля наиболее массовой строительной профессии (на бетонных рабо­тах занято до 20% строительных рабочих).