Способы зимнего бетонирования

Бетон, укладываемый зимой, должен зимой же приобрести прочность, достаточную для распалубки, частичной нагрузки или даже для полной загрузки сооружения.

При любом способе производства бетонных работ бетон следует предохранять от замерзания до приобретения им минимальной (критической) прочности, которая обеспечивает необходимое сопротивление давлению льда и в последующем при положительных температурах способность к твердению без значительного ухудшения основных свойств бетона.

При бетонировании зимой необходимо обеспечить твердение бетона в теплой и влажной среде в течение срока, устанавливаемого в зависимости от заданной прочности. Это достигается двумя способами: первый - использованием внутреннего запаса теплоты бетона; второй - дополнительной подачей бетону теплоты извне, если внутренней недостаточно.

При первом способе необходимо применять высокопрочный и быстротвердеющий портландцемент. Кроме того рекомендуется использовать ускоритель твердения цемента - хлористый кальций, уменьшать количество воды в бетонной смеси, вводя в нее пластифицирующие и воздухововлекающие добавки, и уплотнять ее высокочастотными вибраторами. Все это дает возможность ускорить твердение бетона при возведении сооружений и добиться того, чтобы бетон набрал достаточную прочность перед замораживанием.

Внутренний запас теплоты в бетоне создают путем подогрева материалов, составляющих бетонную смесь; кроме того, в твердеющем бетоне теплота выделяется при химической реакции, происходящей между цементом и водой (экзотермия цемента).

В зависимости от массивности конструкций и температуры наружного воздуха подогревают только воду для бетона либо воду и заполнители (песок, гравий, щебень). Воду можно подогревать до 90С, заполнители - до 40С, цемент не подогревают. Требуется, чтобы температура бетонной смеси при выходе из бетоносмесителя была не выше 30С, так как при более высокой температуре она быстро густеет. Загустевание, т.е. потеря подвижности бетонной смеси, затрудняет укладку, а добавлять воду нельзя, т.к. вода понижает прочность бетона. Минимальная температура бетонной смеси при укладке в массивы должна быть не ниже 5С, а при укладке в тонкие конструкции - не ниже 20С.

В последнее время применяют новый способ - электроподогрев смеси в специальном бункере непосредственно перед укладкой в конструкцию. В этом случае электрический ток пропускают через смесь и разогревают ее до 50 - 70 С. Разогретую смесь надо сразу же укладывать и уплотнять, т.к. она быстро густеет.

В процессе твердения бетона цемент выделяет значительное количество теплоты, зависящее от состава и тонкости помола цемента, температуры бетона и срока твердения. Теплота выделяется, главным образом, в первые 3 - 7 дней твердения. Чтобы сохранить ее в бетоне на определенный срок, необходимо покрыть опалубку и все открытые части бетона хорошей изоляцией (минеральной ватой, шевелином, опилками и т.д.), толщина которой определяется теплотехническим расчетом.

Описанный выше способ зимнего бетонирования часто называют способом термоса, т.к. подогретая бетонная смесь твердеет в условиях теплоизоляции. Применение данного способа рационально, если теплота, необходимая для его первоначального твердения, сохраняется в бетоне по крайней мере 5 - 7 сут.

Конструкции тонкие или со слабой теплоизоляцией, а также возводимые при очень сильных морозах, должны бетонироваться с подачей теплоты извне. Существуют следующие три разновидности этого способа.

Обогрев бетона паром, пропускаемым между двойной опалубкой, окружающей бетон, или по трубкам, находящимся внутри бетона, или по каналам, вырезанным с внутренней стороны опалубки. Обычная температура пара 50 - 80 С. При этом бетон твердеет быстро, достигая в течение 2 сут. такой прочности, которую он набирает за 7 сут. нормального твердения.

Электропрогрев бетона, осуществляемый с помощью переменного тока. Для этого стальные пластинки-электроды, соединенные с электрическими проводами, укладывают сверху или с боковых сторон конструкции бетона в начале его схватывания или закладывают в бетон продольные электроды, или вбивают короткие стальные стержни для присоединения проводов. После затвердения бетона выступающие концы этих стержней срезают. Пластинчатые электроды применяют, главным образом, для подогрева плит и стен, продольные электроды и поперечные короткие стержни - для балок и колонн.

При бетонировании массивных сооружений зимой целесообразно применять электропрогрев только поверхностного слоя бетона и углов сооружения (так называемый периферийный электропрогрев), чтобы предохранить его от преждевременного замерзания.

Обогрев воздуха, окружающего бетон, производится следующим образом: устраивают фанерный или брезентовый тепляк, в котором устанавливают временные печи, специальные газовые горелки (при этом нужно строго соблюдать противопожарные правила), воздушное отопление (калориферы) или электрические отражательные печи. В тепляках ставят сосуды с водой, чтобы создать влажную среду для твердения, или поливают бетон. Этот способ дороже предыдущего и применяется при очень низких температурах, при малых объемах бетонирования, а также при отделочных работах.

Кроме описанных выше способов зимнего бетонирования, требующих подогрева составляющих бетона или самого бетона, применяется холодный способ зимнего бетонирования, при котором материалы не подогреваются, но в воде для приготовления бетона растворяют большое количество солей: хлористого кальция CaCl, хлористого натрия NaCl, нитрита натрия NaNO, поташа KCO. Эти соли снижают точку замерзания воды и обеспечивают твердение бетона на морозе (хотя и очень медленное). Количество соли, добавляемое в бетон, зависит от ожидаемой средней температуры твердения бетона.

Таблица 1 - Рекомендуемое содержание противоморозных добавок в бетоне

Бетонная смесь с добавкой поташа быстро густеет и схватываются, в результате ее труднее укладывать в опалубку. Чтобы сохранить удобоукладываемость бетонной смеси с поташом, в нее добавляют сульфитно-дрожжевую бражку или мылонафт.

Зимнее бетонирование с применением противоморозных добавок - простой и экономичный способ. Однако большое количество соли, вводимой в бетон, может ухудшить структуру, долговечность и некоторые другие свойства. При эксплуатации конструкции во влажных условиях возможна коррозия арматуры под действием хлористых солей (нитрит натрия и поташ коррозии не вызывают). Кроме того, образующиеся в процессе твердения бетона с добавками едкие щелочи могут вступить в реакцию с активным кремнеземом, содержащимся в некоторых заполнителях, и вызвать коррозию бетона.

Поэтому бетон с противоморозными добавками не рекомендуется применять в ответственных конструкциях, в бетонных конструкциях, предназначенных для эксплуатации во влажных условиях при наличии реакционноспособного кремнезема в зернах заполнителя, а бетон с хлористыми солями - в железобетонных конструкциях.