Если необходимо провести бетонирование в условиях зимы, то главной проблемой становятся низкие температуры, из-за которых происходит замерзание строительных материалов. По СНиПу 3.03.1 зимними условиями бетонирования являются температуры ниже 5 градусов Цельсия.
Особенности работ в зимний период
Все технологии, применяемые при бетонировании в условиях низких температур, призваны предотвратить это замерзание.Можно указать 2 главные особенности, которые делают процесс укладки бетона, при низких температурах, довольно сложным.
Это:
- Замерзание воды в бетонных порах . Замёрзшая вода расширяется, что приводит к увеличению внутреннего давления. Это делает бетон менее прочным. Помимо всего этого, вокруг заполнителей могут формироваться ледяные плёнки, что в свою очередь приводит к нарушению связи между компонентами смеси.
- Гидратация цемента замедляется при низких температурах , а это значит, что сроки по набору твёрдости бетоном сильно увеличиваются.
Важно!
Бетон набирает в районе 70% проектной прочности за неделю при температуре окружающей среды в 20 градусов.
В зимних условиях, этот срок может составить 3-4 недели.
Замерзание воды
Следует более подробно остановиться на таком важном факторе, как замерзание воды. Большое значение для прочности всей конструкции имеет срок, когда замёрзла вода. Существует прямая зависимость: чем в более раннем возрасте бетона произошло замерзание, тем более хрупким будет бетон.
Период, когда бетонная смесь схватывается, является самым критичным и определяющим. Технология бетонирования в зимних условиях гласит, что если бетонная смесь замёрзнет сразу после укладки в опалубку, то её дальнейшая прочность будет зависеть только от силы мороза.
При повышении температуры, процесс гидратации, безусловно, продолжится. Но прочность такой конструкции будет в значительной мере уступать аналогичному строению, чья смесь не подвергалась заморозке в период укладки.
Если бетон успел набрать некоторое значение прочности до момента заморозки, то тогда он вполне может перенести дальнейшее замораживание без структурных изменений и внутренних дефектов. Также необходимо попытаться избежать, так называемых, холодных швов. Для этого бетон необходимо класть непрерывно.
Величина прочности
При работе в условиях низких температур важно помнить про критическую величину прочности бетона. Эта величина равна 50% от заявленной марочной прочности. Об этом показателе важно помнить, потому что при современном зимнем бетонировании, смесь предохраняют от замерзания вплоть до момента набора ею этой самой величины в 50%.
Если речь идёт об объекте особой важности, то предохранение от замерзания осуществляют вплоть до набора смесью отметки в 70%.
Способы зимнего бетонирования
На данный момент существует 3 основных способа укладки бетона в условиях пониженных температур. Применение добавок анти морозного действия. Это наиболее дешёвый и технологически обоснованный метод по защите смеси от морозов. Все добавки подобного рода делятся на 3 основные группы, в зависимости от способа своего действия.
Особенности бетонирования в зимних условиях таковы, что зачастую, невозможно обойтись только противоморозными добавками. Необходимо предпринять ряд мер, которые усилят действие, применённых химических веществ, и ускорят сроки затвердевания.
Такими дополнительными мерами являются:
- Предварительная очистка опалубки и арматуры от снега и льда. Железная арматура должна быть отогрета до положительных температур.
- Все работы должны производиться в максимально возможном темпе.
- Непосредственная транспортировка смеси должна проводиться в машине, оборудованной двойным днищем, куда с целью подогрева должны поступать отработанные газы.
- Во время разгрузки, необходимо защитить строительную площадку от порывов ветра, а сами средства разгрузки должны быть максимально утеплёнными.
- После того как укладка завершена, необходимо укрыть смесь матами для сохранения тепла на как можно более долгий срок.
- В идеале, должен быть осуществлён предварительный подогрев всех компонентов смеси.
Важно!
При предварительно подогреве компонентов, необходимо применить особый порядок загрузки в смеситель, чтобы избежать «заваривания смеси».
При низких температурах, в смеситель сначала заливают воду, потом подаётся крупный заполнитель, прокручивают барабан несколько раз, и только потом засыпается песок и цемент.
Эта инструкция должна быть строго соблюдена.
Способ «термоса»
Данный метод заключается в том, чтобы смесь, имеющую положительную температуру, укладывать в утеплённую опалубку. Так же существует, похожий на него, способ «горячего термоса», при применении которого, смесь предварительно нагревается на короткий промежуток времени до отметок 60-80 градусов.
Затем происходит её уплотнение в таком нагретом состоянии. Рекомендуется дополнительный подогрев. Разогревают смесь чаще всего при помощи электродов.
Прогрев и нагрев бетона с помощью электричества и инфракрасного излучения
Применяется когда «метод термоса» недостаточен. Его суть заключается в прогревании бетона и поддержании тепла до тех пор, пока он не наберёт необходимый запас прочности, причем такой, что может потом потребоваться резка железобетона алмазными кругами.
Чаще всего раствор нагревают с помощью электрического тока. Бетон становится частью электрической цепи и оказывает сопротивление. В результате он нагревается, и цель оказывается достигнутой.
Вывод
Не стоит бояться работы с бетоном даже в минусовые температуры. Ведь при соблюдении всех правил, удастся сохранить прочностные характеристики материалов на высоком уровне, а видео в этой статье поможет разобраться во многих нюансах
Понятие «зимние условия» в технологии монолитного бетона и железобетона несколько отличается от общепринятого - календарного. Зимние условия начинаются, когда среднесуточная температура наружного воздуха снижается до +5°С, а в течение суток имеет место падение температуры ниже 0°С.
При отрицательных температурах не прореагировавшая с цементом вода переходит в лед и не вступает в химическое соединение с цементом. В результате этого 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.
Замораживание свежеуложенного бетона сопровождается также образованием вокруг арматуры и зерен заполнителя ледяных пленок, которые благодаря притоку воды из менее охлажденных зон бетона увеличиваются в объеме и отжимают цементное тесто от арматуры и заполнителя.
Все эти процессы значительно снижают прочность бетона и его сцепление с арматурой, а также уменьшает его плотность, стойкость и долговечность.
Если бетон до замерзания приобретает определенную начальную прочность, то все упомянутые выше процессы не оказывают на него неблагоприятного воздействия. Минимальную прочность, при которой замораживание для бетона не опасно, называют критической.
Величина нормируемой критической прочности зависит от класса бетона, вида и условий эксплуатации конструкции и составляет: для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой - 50% проектной прочности для В7,5...В10, 40% для В12,5... В25 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 веч-номерзлых грунтов - 70% проектной прочности, для конструкций, нагружаемых расчетной нагрузкой - 100% проектной прочности.
Продолжительность твердения бетона и его конечные свойства в значительной степени зависят от температурных условий, в которых выдерживают бетон. По мере повышения температурыувеличивается 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.
Поэтому при бетонировании в зимних условиях необходимо создать и поддерживать такие температурно-влажностные условия, при которых бетон твердеет до приобретения или критической, или заданной прочности в минимальные сроки с наименьшими трудовыми затратами. Для этого применяют специальные способы приготовления, подачи, укладки и выдерживания бетона.
При приготовлении бетонной смеси в зимних условиях ее температуру повышают до 35...40С путем подогрева заполнителей и воды. Заполнители подогревают до 60С паровыми регистрами, во вращающихся барабанах, в установках с продувкой дымовых газов через слой заполнителя, горячей водой. Воду подогревают в бойлерах или водогрейных котлах до 90С. Подогрев цемента запрещается.
При приготовлении подогретой бетонной смеси применяют иной порядок загрузки составляющих в бетоносмеситель. В летних условиях в барабан смесителя, предварительно заполненного водой, все сухие компоненты загружают одновременно. Зимой во избежание «заваривания» цемента в барабан смесителя вначале заливают воду и загружают крупный заполнитель, а затем после нескольких оборотов барабана - песок и цемент. Общую продолжительность перемешивания в зимних условиях увеличивают в 1,2... 1,5 раза. Бетонную смесь транспортируют в закрытой утепленной и прогретой перед началом работы таре (бадьи, кузова машин). Автомашиныимеют двойное днище, в полость которого поступают отработанные газы мотора, что предотвращает теплопотери. 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.
Состояние основания, на котором укладывают бетонную смесь, а также способ укладки должны исключать возможность ее замерзания в стыке с основанием и деформации основания при укладке бетона на пучинистые фунты. Для этого основание отогревают до положительных температур и предохраняют от замерзания до приобретения вновь уложенным бетоном требуемой прочности.
Опалубку и арматуру до бетонирования очищают от снега и наледи, арматуру диаметром более 25 мм, а также арматуру из жестких прокатных профилей и крупные металлические закладные детали при температуре ниже - 10°С отогревают до положительной температуры.
Бетонирование следует вести непрерывно и высокими темпами, при этом ранее уложенный слой бетона должен быть перекрыт до того, как в нем температура будет ниже предусмотренной.
Строительное производство располагает обширным арсеналом эффективных и экономичных методов выдерживания бетона в зимних условиях, позволяющих обеспечить высокое качество конструкций. Эти методы можно разделить на три группы: метод, предусматривающий использование начального теплосодержания, внесенного в бетонную смесь при ее приготовлении или перед укладкой в конструкцию, и тепловыделение цемента, сопровождающее твердение бетона - так называемый метод «термоса», методы, основанные на искусственном прогреве бетона, уложенного в конструкцию - электропрогрев, контактный, индукционный и инфракрасный нагрев, конвективный обогрев, методы, использующие эффект понижения эвтектической точки воды в бетоне с помощью специальных противоморозных химических добавок.
Указанные методы можно комбинировать. 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 т. д.
Метод «термоса»
Технологическая сущность метода «термоса» заключается в том, что имеющая положительную температуру (обычно в пределах 15... 30°С) бетонная смесь укладывается в утепленную опалубку. В результате этого бетон конструкции набирает заданную прочность за счет начального теплосодержания и экзотермического тепловыделения цемента за время остывания до 0°С.
В процессе твердений бетона выделяется экзотермическая теплота, количественно зависящая от вида применяемого цемента и температуры выдерживания.
Наибольшим экзотермическим тепловыделением обладают высокомарочные и быстротвердеющие портландцементы. Экзотермия бетона обеспечивает существенный вклад в теплосодержание конструкции, выдерживаемой методом «термоса».
Бетонирование методом «Термос с добавками-ускорителями»
Некоторые химические вещества (хлористый кальций СаСl, углекислый калий - поташ К2СО3, нитрат натрия NaNO3 и др.), введенные в бетон внезначительных количествах (до 2% от массы цемента), оказывают следу ющее действие на процесс твердения: эти добавки ускоряют процесс твердения в начальный период выдерживания бетона. Так, бетон с добавкой 2%-ного хлористого кальция от массы цемента уже на третий день достигает прочности, в 1,6 раза большей, чем бетон того же состава, но без добавки. Введение в бетон добавок-ускорителей, являющихся одновременно и противоморозными добавками, в указанных количествах понижает температуру замерзания до -3°С, увеличивая тем самым продолжительность остывания бетона, что также способствует приобретению бетоном большей прочности.
Бетоны с добавками-ускорителями готовят на подогретых заполнителях и горячей воде. При этом температура бетонной смеси на выходе из смесителя колеблется в пределах 25...35°С, снижаясь к моменту укладки до 20°С. Такие бетоны применяют при температуре наружного воздуха -15... -20°С. Укладывают их в утепленную опалубку и закрывают слоем теплоизоляции. Твердение бетона происходит в результате термосного выдерживания в сочетании с положительным воздействием химических добавок. Этот способ является простым и достаточно экономичным, позволяет применять метод «термоса» для конструкций с Мп
Бетонирование «Горячий термос»
Заключается в кратковременном разогреве бетонной смеси до температуры 60... 80°С, уплотнении ее в горячем состоянии и термосном выдерживании или с дополнительным обогревом.
В условиях строительной площадки разогрев бетонной смеси осуществляют, как правило, электрическим током. Для этого порцию бетонной смеси с помощью электродов включают в электрическую цепь переменного тока в качестве сопротивления.
Таким образом, как выделяемая мощность, так и количество выделяемой за промежуток времени теплоты зависят от подводимого к электродам напряжения (прямая пропорциональность) и омическогосопротивления профеваемой бетонной смеси (обратная пропорциональность).
В свою очередь, омическое сопротивление является функцией геометрических параметров плоских электродов, расстояния между электродами и удельного омического сопротивления бетонной смеси.
Электроразофев бетонной смеси осуществляют при напряжении тока 380 и реже 220 В. Для организации электроразофева на строительной площадке оборудуют пост с трансформатором (напряжение на низкой стороне 380 или 220 В), пультом управления и распределительным щитом.
Электроразогрев бетонной смеси осуществляют в основном в бадьях или в кузовах автосамосвалов.
В первом случае приготовленную смесь (на бетонном заводе), имеющую температуру 5...15°С, доставляют автосамосвалами на строительную площадку, выгружают в электробадьи, разогревают до 70... 80°С и укладывают в конструкцию. Чаще всего применяют обычные бадьи (туфельки) с тремя электродами из стали толщиной 5 мм, к которым с помощью кабельных разъемов подключают провода (или жилы кабелей) питающей сети. Для равномерного распределения бетонной смеси между электродами при загрузке бадьи и лучшей выгрузке разогретой смеси в конструкцию на корпусе бадьи установлен вибратор.
Во втором случае приготовленную на бетонном заводе смесь доставляют на строительную площадку в кузове автосамосвала. Автосамосвал въезжает на пост разогрева и останавливается под рамой с электродами. При работающем вибраторе электроды опускают в бетонную смесь и подают напряжение. Разогрев ведут в течение 10... 15 мин до температуры смеси на быстротвердеющих портландцементах 60°С, на портландцементах 70°С, на шлакопортландцементах 80°С.
Для разогрева смеси до столь высоких температур за короткий промежуток времени требуются большие электрические мощности. Так, для разогрева 1 м смеси до 60°С за 15 мин требуется 240 кВт, а за 10 мин - 360 кВт установленной мощности.
Искусственный прогрев и нагрев бетона
Сущность метода искусственного прогрева и нагрева заключается в повышении температуры уложенного бетона до максимально допустимой и поддержании ее в течение времени, за которое бетон набирает критическую или заданную прочность.
Искусственный прогрев и нагрев бетона применяют при бетонировании конструкций с Мп > 10, а также и более массивных, если в последних невозможно получить в установленные сроки заданную прочность при выдерживании только способом термоса.
Физическая сущность электропрогрева (электродного прогрева) идентична рассмотренному выше способу электроразогрева бетонной смеси, т. е. используется теплота, выделяемая в уложенном бетоне при пропуске через него электрического тока.
Образующаяся теплота расходуется на нагрев бетона и опалубки до заданной температуры и возмещение теплопотерь в окружающую среду, происходящих в процессе выдерживания. Температура бетона при электропрогреве определяется величиной вьщеляемой в бетоне электрической мощности, которая должна назначаться в зависимости от выбранного режима термообработки и величины теплопотерь, имеющих место при электропрогреве на морозе.
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).
В наибольшей степени удовлетворяют изложенным требованиям пластинчатые электроды.
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. В результате токообмена между противолежащими электродами весь объем конструкции нагревается. С помощью пластичнатых электродов прогревают слабоармированные 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.
Токообмен зависит от схемы присоединения полосовых электродов к фазам питающей сети. При присоединении противолежа щих электродов к разноименным фазам питающей сети токообмен происходит между противоположными гранями конструкции и в тепловыделение вовлекается вся масса бетона. При присоединении к разноименным фазам соседних электродов токообмен происходит между ними. 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 слабоармированных конструкций толщиной не более 50 см. Периферийный электропрогрев применяют для конструкций любой массивности.
Полосовые электроды устанавливают по одну сторону конструк ции. При этом к разноименным фазам питающей сети присоединяют соседние электроды. В результате реализуется периферийный электропрогрев.
Одностороннее размещение полосовых электродов применяют при электропрогреве плит, стен, полов и других конструкций толщиной не более 20 см.
При сложной конфигурации бетонируемых конструкций при меняют стержневые электроды - арматурные прутки диаметром 6... 12 мм, устанавливаемые в тело бетона.
Наиболее целесообразно использовать стержневые электроды р 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 6... 12 мм, втапливаемые в поверхность.
Струнные электроды применяют для прогрева конструкций, длина которых во много раз больше размеров их поперечного сечения (колонны, балки, прогоны и т. п.). Струнные электроды устанавливают по центру конструкции и 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. Выделяемая электрическая мощность в зависимости от перечисленных выше параметров рассчитывается по формулам.
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.
Перед включением напряжения проверяют правильность установки электродов, качество контактов на электродах и отсутствие их замыкания на арматуру.
Электропрогрев ведут на пониженных напряжениях в пределах 50... 127 В. Осредненно удельный расход электроэнергии составляет 60... 80 кВт/ч на 1 м3 железобетона.
Контактный (кондуктивный) нагрев. При данном методе используется теплота, выделяемая в проводнике при прохождении по нему электрического тока. Затем эта теплота передается контактным путем поверхностям конструкции. Передача теплоты в самом бетоне конструкции происходит путем теплопроводности. Для контактного нагрева бетона преимущественно применяют термоактивные (греющие) опалубки и термоактивные гибкие покрытия (ТАГП).
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.
Сетчатые нагреватели (полоса сетки из металла) изолируют от палубы прокладкой асбестового листа, а с тыльной стороны опалубочного щита - также 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.
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 кВ А/м2. Греющую опалубку применяют при возведении тонкостенных и среднемассивных конструкций, а также при замоноличивании узлов сборных железобетонных элементов.
Термоактивное покрытие (ТРАП) - легкое, гибкое устройство с углеродными ленточными нагревателями или греющими проводами, обеспечивающие нагрев до 50°С. 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 различного размера. 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 возведенииплит перекрытий и покрытий, устройстве подготовок под полы и др. ТРАП изготовляют с удельной электрической мощностью 0,25... 1 кВ-А/м2.
При инфакрасном нагреве используют способность инфракрасных лучей поглощаться телом и трансформироваться в тепловую энергию, что повышает теплосодержание этого тела.
Генерируют инфракрасное излучение путем нагрева 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...2200°С.
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. Для создания направленного лучистого потока излучатели заключают в плоские или параболические рефлекторы (обычно из алюминия).
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, высотных сооружений в скользящей опалубке (элеваторы, силосы и т. п.).
Электроэнергия для инфракрасных установок поступает обычно от трансформаторной подстанции, от которой к месту производства работ прокладывают низковольтный кабельный фидер, питающий распределительный шкаф. От последнего 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.
При индукционном нагреве бетона используют теплоту, выделяемую в арматуре или стальной опалубке, находящихся в электромагнитном поле катушки-индуктора, по которой протекает переменный электрический ток. Для этого 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.
Среди начинающих застройщиков бытует мнение, что возведение фундамента зимой – это невозможная или – в лучшем случае – трудновыполнимая задача. Результат – стройка при температуре ниже 0 о С «замораживается», а строительные бригады «уходят в спячку» в ожидании нового сезона. Оправдан ли такой подход?
Чтобы разобраться в этом вопросе, воспользуемся рекомендациями опытных экспертов с FORUMHOUSE, хорошо разбирающихся в современных строительных технологиях. Итак, главные вопросы, на которые будут даны ответы:
- Что такое «зимние условия бетонирования».
- О чем нужно знать перед началом строительства фундамента зимой.
- Для чего нужны противоморозные добавки и суперпластификаторы.
- Какие способы обеспечивают качественную заливку фундамента зимой.
Почему можно строить фундамент зимой
Зимние условия строительства – это погодные условия, при которых днём температура не превышает +5 о С, а ночью столбик термометра опускается ниже 0 о С.
Из-за изменений климата, резких оттепелей и похолоданий «зимние» условия строительства, в зависимости от климатической зоны, могут наступить и в сентябре, и в ноябре, и даже в декабре. При этом снега может и не быть. Кроме этого, есть северные регионы, где тёплых дней практически не бывает, а среднегодовая температура не превышает +5 о С. В обычном гражданском строительстве зимой работы также не прекращаются, а зачастую ведутся круглосуточно.
Современные технологии возведения фундамента позволяют продлить строительный сезон и осуществить качественную заливку основания под дом при температуре до -15 о С, а при использовании особых методик – до -25 о С. Это форсирует сроки строительства, т.к. весной можно будет сразу приступить к возведению стен (если коттедж каркасный или деревянный, то его можно успешно строить и зимой), что позволит въехать в дом раньше.
Базовые принципы строительства фундамента зимой
При необходимости проведения зимнего бетонирования главной проблемой являются низкие температуры окружающей среды, которые приводят к замерзанию строительных материалов. Соответственно, технология бетонирования в зимних условиях направлена на предотвращение замерзания воды и других материалов.
Требования к зимнему бетонированию определяются СНиП 3.03.01, согласно которому зимними условиями считаются температуры ниже 5°С.
Особенности зимнего бетонирования
Существуют две важные причины, усложняющие процесс укладки бетона в зимой.
- При низких температурах замедляется процесс гидратации цемента, что является причиной увеличения сроков набора твердости бетоном.
При температуре окружающей среды, равной 20 0 С, в течение недели бетон набирает около 70% проектной прочности. При понижении температуры до 5 0 С для набора такого уровня прочности потребуется времени в 3-4 раза больше.
- Еще одним нежелательным процессом является развитие сил внутреннего давления, которые возникают из-за расширения замерзшей воды. Это явление приводит к разупрочнению бетона. Помимо этого, из замерзшей воды вокруг заполнителей образуются ледяные пленки, нарушающие связь между компонентами смеси.
При замерзании воды в порах твердеющей смеси развивается значительное давление, которое приводит к разрушению структуры неокрепшего бетона и снижению его прочностных характеристик.
Снижение прочности тем значительнее, чем в более раннем возрасте бетона замерзла вода. Наиболее опасным является период схватывания бетонной смеси. Если смесь замерзнет сразу после укладки ее в опалубку, то ее прочность при отрицательных температурах будет обусловлена только силами замерзания. При повышении температуры процесс гидратации цемента возобновится, но прочность такого бетона будет значительно уступать аналогичной характеристике материала, который не подвергался замораживанию.
Противостоять замораживанию без структурных разрушений может только тот бетон, который уже набрал определенное значение прочности. Важно соблюдать правило беспрерывной укладки бетона во избежание холодных швов.
В современном строительстве в мировой практике наиболее распространен способ зимнего бетонирования, когда бетонная смесь предохраняется от замерзания во время ее схватывания и набора определенной величины прочности, которая называется критической.
Под критической величиной прочности бетона принимают прочность, которая равна 50% от марочной. В конструкциях ответственного назначения бетон предохраняется от замерзания до достижения 70% от проектной прочности.
В современном строительстве применяют несколько способов бетонирования в зимний период:
- использование добавок противоморозного действия;
- укрытие бетонной смеси пленкой ПХВ и другими утеплителями;
- электрический и инфракрасный прогрев бетона.
Вне зависимости от того, что вы строите, встаёт вопрос, ? Мы знаем, как выбрать марку в зависимости от типа объекта, нагрузки и характера грунта.
Основной закон прочности бетона, описанный , позволяет грамотно спланировать строительные работы.
Самые популярные , бетонных смесей и составляющих.
Применение добавок противоморозного действия
Технологически наиболее удобным и экономически выгодным методом проведения зимнего бетонирования является применение противоморозных добавок. Этот безобогревный способ гораздо дешевле бетонирования с предварительным ограждением и утеплением конструкции, прогрева электричеством и инфракрасными лучами.
Модификаторы противоморозного действия могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с различными методами подогрева.
Все существующие «зимние» добавки в бетон можно разделить на три основные группы.
- К первой группе относят добавки, которые либо слабо ускоряют, либо слабо замедляют процессы схватывания и твердения смеси. Представители этого класса — сильные и слабые электролиты, неэлектролиты и составы органического происхождения — карбамид и многоатомные спирты.
- Ко второй группе принадлежат модификаторы на основе хлорида кальция. Эти вещества имеют способность сильно ускорять процессы схватывания и твердения и обладают значительными антифризными свойствами.
- В третью группу входят вещества, обладающие слабыми антифризными свойствами, но являющиеся сильными ускорителями схватывания и твердения с сильным тепловыделением сразу после заливки. Сфера применения этих добавок невелика, но они представляют интерес с научной точки зрения. К таким добавкам относятся трехвалентные сульфаты на основе алюминия и железа.
Мероприятия, увеличивающие эффективность применения противоморозных добавок
Противоморозные добавки выполняют важную роль — активируют процессы твердения смеси и снижают температуру замерзания жидкой фазы. Но для получения эффективного результата, наряду с использованием модификаторов, необходимо выполнять ряд сопутствующих мероприятий.
- Созданию внутренней теплоты в бетонной смеси способствует предварительный подогрев ее компонентов.
- После окончания укладки поверхность бетона необходимо утеплить матами, что позволит сохранить тепло, выделенное в результате экзотермической реакции цемента и воды, и сохранить условия, подходящие для твердения.
- Зимой наиболее эффективно использовать портландцементы и высокомарочные быстротвердеющие цементы.
- При изготовлении бетонной смеси из подогретых компонентов применяют иной порядок загрузки всех элементов, чем в традиционных летних условиях, когда все сухие составляющие одновременно загружаются в заполненный водой барабан смесителя. Зимой, чтобы избежать заваривания цемента, сначала в барабан заливают воду, затем засыпают крупный заполнитель, а потом проворачивают барабан несколько оборотов и засыпают песок и цемент.
Продолжительность перемешивания компонентов в зимнее время должна быть увеличена примерно в полтора раза.
- Транспортировка смеси должна осуществляться в утепленной машине, с двойным днищем, куда поступают отработанные газы. Места погрузки и выгрузки бетонной смеси необходимо изолировать от воздействия ветра, а средства подачи смеси — тщательно утеплить.
- Опалубка и арматура должны быть очищены от снега и наледи, арматуру необходимо отогреть до положительной температуры.
- Обязательное условие зимнего бетонирования — быстрые темпы его проведения.
Метод «термоса»
Технологически метод «термоса» осуществляется укладкой смеси положительной температуры в утепленную опалубку. Бетон набирает прочность благодаря начальному теплосодержанию и экзотермическому выделению при реакции гидратации цемента.
Максимальное тепловыделение обеспечивают портландцементы и высокомарочные цементы. Особо эффективен метод «термоса» в сочетании с противоморозными добавками.
Бетонирование методом «горячего термоса» заключается в кратковременном подогреве смеси до 60-80 0 С, уплотнении ее в горячем состоянии и выдерживании в «термосе» или с применением дополнительного подогрева.
В условиях строительной площадки бетонную смесь разогревают с помощью электродов. Смесь выступает в цепи переменного электротока в роли сопротивления. Электропрогрев проводят в кузовах автосамосвалов или бадьях.
Способы искусственного нагрева и прогрева бетона
Сущность этого метода заключается в создании и дальнейшем поддержании температуры смеси при максимально допустимой величине, пока бетон не наберет требуемую прочность. Этот способ применяется в случаях, когда метода «термоса» оказывается недостаточно.
Существует несколько вариантов достижения требуемого результата:
- Физический смысл электродного прогрева аналогичен выше описанному методу электродного разогрева смеси. В данном случае используется теплота, которая выделяется смесью при пропускании через нее электрического тока. Для подведения электротока к бетону применяют электроды нескольких типов: пластинчатые, струнные, полосовые, стержневые. Наиболее эффективными являются пластинчатые электроды, изготавливаемые из кровельной стали. Пластины нашивают на поверхность опалубки, непосредственно соприкасающуюся с бетоном, и подключают к разноименным фазам сети. Между противолежащими электродами происходит токообмен, в результате чего осуществляется нагрев всей бетонной конструкции.
- Сущность контактного или кондуктивного нагрева заключается в использовании тепла, выделяемого в проводнике во время прохождения по нему электротока. Контактным способом теплота передается всем поверхностям бетонного элемента. От поверхностей тепло распространяется по всей конструкции.
Для контактного нагрева бетона используют термоактивные гибкие покрытия или термоактивные опалубки.
- Способ инфракрасного нагрева основан на способности инфракрасных лучей при их поглощении телом трансформироваться в тепловую энергию. Теплота от излучателя к нагреваемому телу осуществляется моментально без использования переносчика тепла. В качестве генераторов инфракрасных волн используют кварцевые и трубчатые металлические излучатели. Инфракрасный нагрев применяется для отогрева арматуры, промороженных бетонных поверхностей, тепловой защиты уложенной бетонной смеси.
- При индукционном нагреве используется теплота, которая выделяется в стальной опалубке или арматурных деталях и изделиях, расположенных в электромагнитном поле катушки-индуктора. Этот метод применяется с целью отогрева ранее выполненных бетонных конструкций при любой температуре окружающей среды и в любой опалубке.
GD Star Rating
a WordPress rating system
«Зимние условия» создаются на строящемся объекте, где значительная доля работ связана с монолитным железобетоном, значительно раньше, чем наступает зима по календарю. Строительство становится «зимним», как только среднесуточные температуры падают до +5 о С и в ночные часы случается температура менее 0 о С.
В условиях минусовых температур вода в составе полностью не отвердевшего бетона прекращает реагировать с цементом и замерзает, становясь льдом. Интенсивность процессов гидратации резко снижается, бетон перестает отвердевать. Параллельно в толще бетона нарастает внутреннее давление, возникающее из-за 9% увеличения водного объема, превратившегося в лед. Если вымораживание бетонной отливки происходит на ранней стадии работ (непосредственно после укладки бетона), то структура железобетона полностью нарушается, поскольку у него отсутствует способность противостоять процессам замерзания внутреннего объема жидкости. В случае оттаивания бетона лед снова становится водой и активизируется гидратационный процесс, но полного восстановления структуры бетона не произойдет.
При замораживании только что уложенного бетона вокруг его внутреннего арматурного «скелета» и зерен наполнителя образуется ледяная корка, нарастающая за счет поступающей воды из внутренних зон бетона с более высокой температурой. Каждая ледяная корка постепенно наращивает толщину стенок и отодвигает цементное тесто от бетонного наполнителя и арматуры, что снижает прочностные характеристики бетона, негативно влияет на его долговечность.
Если же бетон успеет набрать минимально-достаточную прочность до замерзания, то негативные процессы в его структуре не разовьются. Степень прочности бетона, при которой низкие температуры для него не представляют опасности, носит название «критическая».
Нормативы критической прочности бетона связаны с его классом, видом и условиями, в которых будет эксплуатироваться данная конструкция. В случае конструкций из бетона и железобетона (арматура ненапрягаемая) критическая прочность должна составить для В7,5-В10 не менее 50% от прочности по проекту, для В12,5-В25 не менее 40%, более В30 - 30%. Для бетонных конструкций, содержащих предварительно напрягаемую арматуру, критическая прочность должна быть не менее 80% от проектной. Для конструкций из бетона, подверженных сменяющимся циклам заморозки и оттаивания необходимо достичь 70% прочности. Нагружаемые конструкции обязаны набрать полную, 100% прочность от проектной перед тем, как окажутся под воздействием минусовых температур.
Длительность периода отверждения бетона, в течение которого достигается набор необходимых прочностных характеристик, во многом зависит от температурных условий на строительной площадке. Чем выше температура воздуха, тем более высока активность водной составляющей бетонной смеси - процессы реакции с цементным клинкером проходят быстрее, что ускоряет внутреннюю коагуляцию и формирование кристаллической структуры. Соответственно, понижение температуры ведет к замедлению этих процессов.
Бетонные работы в зимнее время необходимо производить в искусственно созданных условиях в отношении температуры и влажности, добиваясь твердения бетона до критической или проектной прочности за меньшее время и с меньшими затратами. Чтобы достичь необходимых результатов, используются особые технологии смешивания, доставки в размещения на месте, а также последующего выдерживания бетона.
Предварительный подогрев бетонной смеси
Во время составления смеси бетона в условиях низких температур выполняется ее нагрев до 35-40 о С, обеспечиваемый предварительным разогревом компонентов.Вода греется в котлах до температуры 90 о, а наполнитель до 60 о С разогревается в барабанах при помощи пара, дымовых газов и горячей воды. Нагревать цемент категорически нельзя.
Искусственно нагретая бетонная смесь для «зимней» стройплощадки составляется иначе, чем в теплый сезон. Если летом сухие компоненты смеси единовременно загружаются в бункер смесителя, куда ранее была залита вода, то зимой порядок таков - прежде заливается вода и отсыпаются крупные фракции заполнителя. Когда смесительный барабан совершит несколько оборотов, в него грузится цемент и песок. Игнорирование такой последовательности действий приведет к «завариванию» цемента.
Длительность промешивания бетонной смеси при отрицательных температурах необходимо увеличить в 1,2-1,5 раза по сравнению с «летним» сроком ее смешивания. Транспортировка готового бетона выполняется в прогретой, утепленной и закрытой емкости, будь то бадья или кузов автомашины. Прогрев кузова автотранспорта обеспечивается таким образом - он делается двойным, в созданную таким образом полость направляются выхлопные газы от двигателя, что позволит уменьшить потери тепла. Доставка бетонной смеси должна происходить с максимально возможной скоростью и без каких-либо промежуточных перегрузок. Участки, на которых происходит погрузка и выгрузка смеси бетона, необходимо огородить от ветра, а средства, по которым поступает бетон (хоботы) - утеплить.
Подготовка бетонных работ в зимнее время
Укладка бетона должна производиться на основание, состояние которого полностью исключает замерзание смеси по линии стыка с ним, а также возможность деформаций из-за пучинистости грунтов. С этими целями основание участка бетонирования нагревается до достижения им положительной температуры, а после укладки смеси сохраняется от промерзания до тех пор, пока бетон не наберет критическую прочность.
Непосредственно перед началом работ по бетонированию опалубка и арматура чистятся от наледи и снежных масс. Если диаметр арматуры превышает 25 мм, либо она выполнена из жесткого профилированного проката или содержит металлические закладные элементы значительного размера, то в условиях отрицательных температур менее -10 о С следует нагреть арматуру.
Процессы бетонирования в условиях зимы производятся быстро и непрерывно - каждый нижерасположенный слой бетона следует перекрыть новым прежде, чем его температура упадет ниже расчетной.
Современные технологии выполнения бетонных работ в зимний период позволяют достичь высокого качества строительных конструкций при оптимальном уровне затрат. Условно они делятся на три группы:
- технология «термоса», базирующаяся на сохранении начальной теплоты смеси, нагретой в процессе составления или перед укладкой на месте работ, а также на использовании выделений тепла, происходящих из-за реакции цемента с водой во время отверждения бетона;
- технология искусственного прогрева бетонной смеси после выполнения ее укладки в конструкцию;
- технология химического снижения точки замерзания воды в составе бетонной смеси и повышения скорости реакции цемента.
В зависимости от ситуации на строительной площадке, приведенные способы выдерживания бетона при низких температурах можно использовать комбинационно. Окончательный выбор в пользу одной из технологий строится на типе конструкции и ее габаритах, на виде бетона, его составе и проектной прочности, которую он должен набрать, местных климатических условий на момент производства работ, энергетических возможностей на строительном объекте и т.д.
Бетонные работы зимой и технология «термоса»
Ее суть - в укладке смеси бетона, имеющей температуру в диапазоне от 15 до 30 о С, в опалубку с утеплением. Это обеспечит набор бетоном достаточной прочности благодаря его начальной тепловой энергии и экзотермической реакции цемента, что не позволит бетонной конструкции замерзнуть до срока. Количество теплоты, вырабатываемой в результате экзотермических реакций, зависит от температуры выдерживания и вида цемента, использованного при составлении смеси.
Лучшие данные по тепловыделению показывают портландцементы высоких марок и с быстрым отверждением. Сохранение тепла в бетоне существенно зависит от экзотермии, поэтому бетонные работы по технологии «термоса» следует производить на смесях с быстротвердеющими и высокоэкзотермичными портландцементами, укладываемыми с искусственно поднятой начальной температурой в хорошо утепленную конструкцию.
Применение специальных химических добавок . Некоторые химикаты - поташ К 2 СО 3 , хлористый кальций CaCL, нитрат натрия NaNO 3 и пр. - будучи введенными в состав бетона в небольшом объеме, как правило, не более 2% от количества цемента, повышают скорость твердения бетона на начальном этапе выдерживания. К примеру, при введении хлористого кальция в количестве 2% от массы цемента обеспечивает 1,6 кратную прочность бетона через 2,5 суток от момента укладки в конструкцию, по сравнению с бетоном идентичного состава, но не содержащего специальной добавки. Химические добавки также обеспечивают смещение точки замерзания воды до -3 о С, что позволяет нарастить сроки остывания бетона и тем самым обеспечить ему больший набор прочности. Более подробно информация о методиках химического улучшения характеристик бетона для ведения зимней стройки раскрыта .
Составление бетонных смесей, включающих в себя химические добавки, выполняется с использованием горячей воды и нагретых зернах наполнителя. При извлечении из смесителя такой бетон обычно имеет температуру от 25 до 35 о С, непосредственно перед укладкой его температура падает до примерно 20 о С. Укладку в конструкции химически модифицированных бетонов осуществляют при внешней температуре воздуха от -15 до -20 о С, после размещения в утепленной опалубке сверху настилается один-два слоя теплоизоляции. Отверждение бетонной конструкции происходит за счет эффекта «термоса» при одновременном действии дозированных химических компонентов. Технология «термосного» бетонирования наряду с использованием химикатов проста и относительно недорога, ее можно применять при создании конструкции с модулем поверхности (Мп) менее пяти.
Бетонирование по методу «горячего термоса» . Базируется на быстром прогреве бетона до 60-80 о С и уплотнении смеси в конструкции до того, как она остынет. Далее бетонная смесь выдерживается по «термосной» технологии, либо выполняется ее дополнительный подогрев в течение срока набора критической прочности.
На строительной площадке бетонная смесь чаще всего разогревается при помощи электротока - в ней размещаются электроды и подается переменный ток, нагрев происходит благодаря сопротивлению бетона. Мощность и количество тепловой энергии, вырабатываемой за единицу времени, прямо пропорциональна напряжению на электродах и обратно пропорциональна омическому сопротивлению смеси. При этом интенсивность омического сопротивления зависит от плоскостных размеров электродов, дистанции между ними и удельному омическому сопротивлению смеси бетона.
Электрический нагрев бетонной смеси выполняется под током в 380В, в более редких случаях - под 220В. Для обеспечения этой операции, строительная площадка комплектуется трансформаторным постом, распределительным щитком и пультом управления. Прогрев смеси осуществляется в бадье либо в кузове самосвала непосредственно. Первый метод выполняется в следующей последовательности - составленная на бетонном заводе смесь вывозится при помощи автотранспорта на объект строительства, перегружается специальные бадьи, оборудованные электродами, греется до тех пор, пока ее температура не составит 70-80 о С, а затем укладывается в опалубку на месте работ. Как правило, используются бадьи-туфельки, оборудованные тремя стальными 5 мм электродами, запитанными к электросети через кабельные разъемы. Чтобы бетон равномерно распределился в электробадье, а также для упрощения дальнейшей выгрузки, на корпус бадьи монтируется вибратор.
Следуя второму методу автосамосвал, в кузове которого содержится бетонная смесь, прибывает на стройплощадку и следует на пост разогрева - его кузов располагается точно под электродной рамой. Активируется работа вибрационной установки, затем в содержащийся в кузове бетон заводятся электроды, к ним подается электроток. Нагрев смеси выполняется на протяжении 10-15 минут при ее нагреве до 60 о С (верно для быстротвердеющих портландцементов), до 70 о С для портландцементов и до 80 о С для шлакопортландцементов.
Чтобы быстро и за крайне короткий срок нагреть бетон до необходимой температуры, важно обеспечить площадку высокими электрическими мощностями. К примеру, на 15-ти минутный прогрев кубометра бетонной смеси до 60 о С уйдет 240 кВт, а на более быстрый 10 минутный до этой же температуры - 360 кВт.
Следующая часть статьи, посвященная прогреву уложенной в конструкцию смеси, находится .
