Технология бетонирования в зимних условиях

1. Физические процессы и определяющие положения.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 температуры увели

чивается активность воды, содержащейся в бетонной смеси, ускоряется процесс ее взаимодействия с минералами цементного клинкера, интенсифицируются процессы формирования коагуля-ционной и кристаллической структуры бетона. При снижении температуры, наоборот, все эти процессы затормаживаются и твер­дение бетона замедляется (рис. 7.57).

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... 40°С путем подогрева заполнителей и воды. Заполнители подогревают до 60°С паровыми регистрами, во вращающихся барабанах, в установках с продувкой дымовых газов через слой заполнителя, горячей водой. Воду подогревают в бойлерах или водогрейных котлах до 90°С. 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). Автомашины

имеют 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 грунты. 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.

2. 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.

Начальное теплосодержание 1 м³ нагретой на ГС бетонной смеси составляет

где се—удельная теплоемкость бетона, кДж/(кг • °С); р—плот­ность бетона, кг/м³.

И наоборот, это же количество теплоты необходимо внести в 1 м^ бетона для нагрева на Г независимо от вида и метода передачи ему энергии.

В процессе твердения бетона выделяется экзотермическая теп­лота, количественно зависящая от вида применяемого цемента и температуры выдерживания (рис. 7.58).

Наибольшим экзотермическим тепловыделением обладают вы­сокомарочные и быстротвердеющие портландцементы. Так, при применении бетона на портландцементе ТОО (при расходе цемента 300 кг) и твердении при +40°С 1 м³ бетона получит следующее количество теплоты: через 12 ч —167 • 300 = 50 100 кДж, через 1 сут —209 • 300 = 81 600 кДж и т. д.

Данное количество теплоты обеспечит экзотермический разо­грев 1 м³ бетона: через 12 ч —на 20°С, через 1 сут — на 25°С, через 2 сут — на 32°С. Таким образом, экзотермия бетона обеспечивает существенный вклад в теплосодержание конструкции, выдержива­емой методом «термоса».

Поэтому при применении метода «термоса» рекомендуется при­менять бетонную смесь на высокоэкзотермичных портландских и быстротвердеюших цементах, укладывать с повышенной начальнбй температурой и тщательно утеплять.

Метод тем эффективней, чем массивнее бетонируемая конст­рукция. Степень массивности конструкций характеризуется моду­лем ее поверхности, представляющим собой отношение площади охлаждаемых поверхностей конструкции к ее объему: М_п - А/У. Для колонн, балок и других линейных конструкций М„ определяют отношением периметра к площади поперечного сечения.

При применении метода «термоса» невозможно активно регу*-лировать процесс остывания выдерживаемой конструкции. Поэтому расчетом следует определять продолжительность этого остывания и строго соблюдать предусмотренные расчетом условия.

Расчет должен показать, что выдерживаемая конструкция при принятых условиях (при данном виде, марке и расходе цемента, утеплении опалубки и открытых поверхностей, начальной темпера­туре бетона и температуре наружного воздуха) будет остывать до 0°С в течение времени, необходимого для приобретения им заданной прочности.

С достаточной для практики точностью продолжительность остывания бетона, ч, можно определить по формуле

где ре — плотность бетона, кг/м"¹, /б._н — начальная температура бетона после укладки, °С; /Ь.к —температура бетона к концу осты­вания, °С, в запас прочности для бетонов без противоморозных добавок принимают +5°С; Ц —расход цемента, кг/м³; Э —тепло­выделение цемента за время твердения бетона, кДж/кг, приведено в соответствующих справочниках или по данным рис. 7.59; А: — коэффициент теплопередачи опалубки или укрытия неопалублен­ных поверхностей, Вт/(м -С), определяют по табл. 7.1 или специ­альным расчетом; М_п —модуль поверхности конструкции, м"¹; йз.ср — средняя температура за время остывания бетона, °С, определяют эмпирической зависимостью

4.в — температура наружного воздуха, °С.

Определив таким образом продолжительность остывания, по графикам набора прочности (см. рис. 7.57) в зависимости от средней температуры твердения устанавливают прочность, полученную бе­тоном. Если эта прочность соответствует требуемой прочности к моменту остывания, то заложенные в расчет параметры выдержи­вания принимают для производства работ.

Рассмотренный метод «термоса» (в практике строительства его называют обычным или классическим) применяют при бетонирова­нии массивных конструкций с М_п < 6 при укладке смесей на порт­ландцементе и М_п <, 10 на быстротвердеющем портландцементе.

Модификациями метода «термоса», позволяющими расширить область его применения на конструкции с большим М_п, являются «термос с добавками-ускорителями» и «горячий термос».

«Термос с добавками-ускорителями».Некоторые химические вещества (хлористый кальций СаС12, углекислый калий — поташ К^СОз, нитрат натрия ЫаКОз и др.), введенные в бетон в незначи-

тельных количествах (до 2% от массы цемента), оказывают следу­ющее 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 (табл. 7.2). Введение в бетон добавок-ускорителей, являющихся одновременно и противомороз-ными 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 Л/_п^8 (бетоны на обычных портландцементах).

«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 (рис. 7.59). В результате в бетонной смеси выделяется мощность

где Р — выделяемая мощность в порции бетонной смеси, кВт; V— напряжение на электродах, В; /—сила тока, А; К — омическое сопротивление прогреваемой порции бетонной смеси, Ом. Выделяемая в бетонной смеси мощность за некоторый промежуток времени повышает ее теплосодержа­ние:

где ^ — повышение энтальпии бе­тонной смеси (количество выделен­ной теплоты), кДж; т—продол­жительность воздействия электри­ческого тока на бетонную смесь (продолжительность разогрева), ч.

Таким образом, как выделяемая мощность, так и количество выделя­емой за промежуток времени тепло­ты зависят от подводимого к электродам напряжения (прямая пропорциональность) и омического

сопротивления прогреваемой бетонной смеси (обратная пропорци­ональность).

В свою очередь, омическое сопротивление является функцией геометрических параметров плоских электродов, расстояния между электродами и удельного омического сопротивления бетонной сме­си. Так (для примера, рис. 7.59),

где р — удельное омическое сопротивление бетонной смеси, Ом • м (в зависимости от минералогического состава цемента и количества воды затворения р = 6...9 Ом • м); Ь —расстояние между электро­дами, м; ас = А — площадь рабочей части электрода, м².

Если принять объем разогреваемой бетонной смеси 1 м³ и расстояние между электродами Ь, то удельная выделяемая мощность составит

а количество выделившейся теплоты за время т

1 кВт • ч электроэнергии эквивалентен 3600 кДж, что позволяет поднять температуру в 1 м³ бетонной смеси на 3600/2500 = 1,4°С.

Электроразогрев бетонной смеси осуществляют при напряже­нии тока 380 и реже 220 В. Для организации электроразогрева 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 (рис. 7.60, а). Чаще всего применяют обычные бадьи (туфельки) с тремя электродами из стали толщиной 5 мм (рис. 7.60, б), 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 (рис. 7.60, в) 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. «Горячий термос» применяют для конструкций с М_п до 12.

3. 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 М_п ^ Ю, 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 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. Учитывая экзо­термическое тепловыделение, которому эквивалентна некоторая мощность, баланс мощностей можно записать в виде

где Р — требуемая мощность для разогрева конструкции, кВт; Р\ — мощность на разогрев бетона, кВт; />2 — мощность на разогрев опалубки, кВт; Рз — мощность на восполнение теплопотерь в окру­жающую среду, кВт; Д — мощность, эквивалентная экзотермиче­скому тепловыделению, кВт.

Удельная мощность, требуемая для разогрева 1 м³ бетона от начальной температуры и н до /тах в течение т_р, т. е. со скоростью разогрева Ур = (/_тах—йэ н)т_р, составит

где сб —удельная теплоемкость бетона, кДжДкг • °С); рб —плот­ность бетона, кг/м³.

Если приближенно считать, что за время т_р температура опа­лубки поднимается на Гтах/2—'н в, то

где с_оп, роп, бон — соответственно удельная теплоемкость, плотность материала опалубки и ее толщина, м; /_н.в — температура наружного воздуха, °С.

Удельная мощность, требуемая на возмещение теплопотерь за время тр, в среднем составит

Удельную мощность А, соответствующую интенсивности теп­ловыделения при твердении цемента, осреднение принимают рав­ной 0,8 кВт/м³.

Удельная мощность /из, потребная на период изотермического прогрева, равна

где Рзиз —удельная мощность, затрачиваемая на возмещение теп­лопотерь при изотермическом прогреве:

где /из—температура изотермического прогрева, равная обычно /шах; А из — удельная мощность, соответствующая интенсивности тепловыделения при твердении цемента, осредненно принимают 0,2 кВт/м³.

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 электродыпринадлежат 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 (табл. 7.3, п. 1). 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 электродыизготовляют из стальных полос шириной 20...50 мм и так же, как пластинчатые электроды, нашивают на внутреннюю поверхность опалубки (табл. 7.3, п. 2, 3).

Токообмен зависит от схемы присоединения полосовых элект­родов к фазам питающей сети. При присоединении противолежа­щих электродов к разноименным фазам питающей сети (см. табл. 7.3, п. 2) токообмен происходит между противоположными гранями конструкции и в тепловыделение вовлекается вся масса бетона. При присоединении к разноименным фазам соседних электродов (см. табл. 7.3, п. 3) 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 конструк­ции. 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 при­меняют стержневые электроды — арматурные прутки диаметром 6... 12 мм, устанавливаемые в тело бетона.

Наиболее целесообразно использовать стержневые электроды э виде плоских электродных групп (табл. 7.3, п. 4). 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 (табл. 7.3, п. 5).

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 (табл. 7.3, п. 6). 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, приведенным в табл. 7.3.

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 (рис. 7.61, а, б), 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 (рис. 7.61, в), 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 возведении плит перекрытий и покрытий, устройстве подготовок под полы и др. ТРАП изготовляют с удельной электрической мощностью 0,25...! кВ-А/м².

При инфакрасном нагревеиспользуют 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 (рис. 7.62): 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 нагревебетона 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 (рис. 7.63). 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 (кон-дуктивно) нагревается бетон.

Индукционный метод применяют для отогрева ранее выполненных и прогрева возводимых кар­касных железобетонных конструкций, бетонируе-

мых в любой опалубке и при любой температуре наружного воздуха. Наиболее эффективен индукционный метод при бетонировании конструкций, густо насыщенных арматурой с М_п > 5, а также при использовании металлической опалубки.

В качестве индуктора используют изолированные провода с медными или алюминиевыми жилами.

Укладывают бетон после установки индуктора, что позволяет предварительно отогревать арматуру и металлическую опалубку.

При конвектнвном способе обогреватепловая 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.

Температура в тепляке поддерживается 5... 10°С, в связи с чем твердение бетона замедляется, а продолжительность приобретения бетоном распалубочной прочности увеличивается.

Бетонирование конструкций в теплякахприменяют 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 двухстенное 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) —острым паром. Реже применяют огневоздушное калориферное отопление. .

Режимы нагрева бетона.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 • среды. ;

В зависимости от перечисленных факторов различают следую- ?; щие типовые схемы прогрева. ;

Электротермос (рис. 7.64, а) применяют для довольно массив¹ ных конструкций, остывающих в течение длительного времени Д/п<8. Конструкцию разогревают в течение т_р от начальной темпе­ратуры /б.н до максимальной /тах- Затем она остывает от максималь­ной до некоторой конечной температуры лв.к в течение тост- При этом требуемая прочность бетона достигается при остывании конс­трукции до температуры йз.к-

Изотермический режим (рис. 7.64, 6) применяют для немассив­ных конструкций с А/п>15. Конструкцию разогревают от темпера­туры йб.н до «тах и изотермически прогревают при этой температуре. Продолжительность этого периода тиз определяют из условий по­лучения требуемой прочности к концу прогрева.

Изотермический режим с остыванием (рис. 7.64, в) применяют для прогрева конструкций с Мп = 8... 15. Этот режим представляет собой комбинацию из двух предыдущих режимов/

Ступенчатый режим (рис. 7.64, г) применяют для периферий­ного прогрева массивных конструкций с Л/_п < 5, а также немассив­ных предварительно напряженных конструкций.

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.

Поэтому нормативными документами установлены следующие максимально допустимые скорости повышения температуры бето­на: 5...8°С/ч при модуле поверхности Мп = 2...6; не более 10°С/ч при Мп = 6... 20.

Каркасные и тонкостенные конструкции малой протяженности (не более 6 м) можно разогревать со скоростью 15°С/ч.

Максимально допустимая температура прогрева бетона не дол­жна превышать значений, указанных в табл. 7.4, а при прогреве конструкций с жесткой заделкой узлов сопряжений, а также при периферийном электропрогреве конструкций с Мп>6 не' должна превышать 40°С.

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 12°С/ч для конструкций с модулем поверхности более 10; 5° С/ч для конструкций с М_п — = 10...6; 2...3⁰ С/ч для конструкций с М_п<6. Скорость остывания густоармированных каркасных конструкций с А/п>10 может быть

15° С/ч.

Опалубку и теплозащиту прогретых конструкций можно снимать при остывании бетона до 0...5⁰ С. При этом разность температур открытых поверхностей бетона и наружного воздуха при распалубке не должна превышать 20° С для конструкций с А/_п<6 и 30°С для конструкций с Л/_п>6.

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

4. Бетоны с протнвоморознымн добавками.Бетон, затворенный водными растворами некоторых химических веществ, твердеет при отрицательных температурах. Благодаря этим химическим вещест­вам вода при отрицательной температуре (называемой эвтектиче­ской температурой) находится в жидкой фазе и^ способна взаимодействовать с цементом. Поэтому обладающие такими свой­ствами химические вещества называют противоморозными добав­ками.

В качестве основных противоморозных добавок применяют соли соляной кислоты —хлорид кальция СаСЬ (ХК) и хлорид натрия №С1 (ХН), карбонат калия (поташ) КаСОз (П) и нитрит натрия ЫаНОа(НН). Применяют также ряд комплексных соединений: нит­рат кальция с мочевиной (НКМ), нитрат кальция + мочевина (НК + + М), нитрит нитрат кальция + мочевина (ННК + М), нитрит

нитрат хлорида кальция (ННХК), хлорид кальция + нитрит натрия (ХК + НН), нитрит нитрат хлорида кальция + мочевина (ННХК + М).

Противоморозные добавки по-разному влияют на свойства бе­тонной смеси и бетона. Например, СаС12 в бетоне быстро связыва­ется, в связи с чем бетонная смесь густеет; концентрация СаСЬ в жидкой фазе снижается, что может привести к замерзанию бетона. Если в бетонную смесь добавить более 2,5% СаСЬ от массы цемента, то она быстро схватывается, особенно при температурах, близких к 0°С. Поэтому СаС12 в качестве самостоятельной добавки не приме­няют.

Бетон с N30 медленно набирает прочность в раннем возрасте. Кроме того, для сохранения жидкой фазы в бетоне при низких температурах в него добавляют большое количество хлористого натрия (при температуре твердения —20°С содержание №С1 долж­но составлять 15% от массы цемента).

Поэтому обычно применяют двухкомпонентную добавку, состо­ящую из СаСЬ и №С1. Суммарное количество двухкомпонентной добавки не должно превышать 7,5% от массы цемента, что обеспе­чивает твердение бетона при температуре до —15°С (табл. 7.5).

Поташ является высокоэффективной противоморозной добав­кой. Эвтектическая точка водного раствора этой соли плотностью 1,414 соответствует —36,5°С. Однако при больших добавках Поташа прочность бетона снижается вследствие разрушения гидросилика­тов кальция. Поэтому в бетонную смесь вводят 15% поташа от массы цемента, что обеспечивает твердение бетона до —25°С.

Нитрит натрия —слабая противоморозная добавка. Ее вводят в бетонную смесь в количестве <10% массы цемента, что обеспечи­вает твердение бетона до —15°С.

Так как вода при отрицательных температурах обладает еще более низкой активностью, чем при положительной, близкой к 0°С, то твердение бетона протекает довольно медленно (табл. 7.6).

Критическая прочность для бетонов с добавками хлористых солей установлена не ниже 20% от проектной и не менее 5 МПа. Для бетонов с добавками поташа или нитрита натрия критическую прочность принимают, как для бетона без добавок.

Бетоны с добавками хлористых солей можно применять в неар­мированных конструкциях и в конструкциях, армированных кон­структивной арматурой.

Бетоны с. противоморозными добавками нельзя применять в конструкциях, подверженных динамическим нагрузкам; в предва­рительно напряженных конструкциях; в частях конструкций, рас­положенных в зоне переменного уровня воды; в железобетонных конструкциях, находящихся в непосредственной близости (в пре­делах до 100 м) от источников тока высокого напряжения; при возведении монолитных дымовых и вентиляционных труб и др.

Укладывают и уплотняют бетоны с противоморозными добав­ками так же, как и обычные бетоны. Приготовление бетонной смеси имеет некоторые особенности.

Бетонную смесь с добавкой №С1 + СаСЬ или с КгСОз рекомен­дуется применять с температурой 3... 5°С, а также при отрицатель­ной температуре (не ниже —г5°С), но при усдовии, что щебень или

гравий не будут иметь наледи и смерзшихся комьев, а песок будет оттаявшим. Бетонную смесь с добавкой №МС>2 рекомендуется применять с температурой 10... 15°С.

Хлористые соли добавляют в смесь в виде дозируемых по расчету концентрированных водных растворов после предварительного пе­ремешивания цемента, 70% воды и заполнителей.

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.