ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА И УХОД ЗА НИМ

Твердение бетона и уход за ним. Бетон, уложенный в опалубку или формы, постепенно и в течение довольно длительного времени набирает прочность. Рост прочно­сти бетона возможен только при определенных темпера­турных и влажностных условиях. В нормальных услови­ях твердения (температура окружающей среды 15—20 °С и влажность 90—100 %) бетон в течение 28 сут. набира­ет марочную прочность. Твердение бетона значительно ускоряется при повышении температуры среды до 60— 85 °С с обязательным сохранением в бетоне влаги. Во влажной среде бетон приобретает значительно большую прочность, чем на воздухе.

При положительных температурах воздуха мероприя­тия по уходу за бетоном сводятся к защите от потери воды в результате испарения и к предотвращению меха­нических воздействий на него до затвердевания.

Испарение влаги с поверхности бетона происходит да­же при весьма благоприятных температурно-влажностных условиях, достигая весьма значительных величии. Считают, что при скорости испарения превышающей 0,5 кг/(м²·ч), образование поверхностных трещин от пластической усадки является неизбежным.

Основные методы ухода можно подразделить на преду­сматривающие увлажнение бетона и на предотвращаю­щие испарение воды с его поверхности. К наиболее рас­пространенным методам увлажнения относятся полив, устройство покрывающего водного бассейна, укрытие водонасыщенными влагоемкими материалами (опилка­ми, песком, брезентом и т. п.).

Устройство покрывающего водного бассейна весьма простой способ, однако он может быть применен только для горизонтальных поверхностей.

Для полива твердеющего бетона удобно применять спринклерные насадки. Недостатками этого способа яв­ляются повышенный расход воды и необходимость по­стоянного наблюдения за тем, чтобы поверхности бетона не оставались сухими, В противном случае, при перио­дическом высыхании и увлажнении, качество бетона ухудшается.

При покрытии бетона влагоемкими материалами последние периодически необходимо увлажнять. Толщина слоя песка, достаточная для покрытия поверхности бетона, 3—6 см. Такой способ влажностного ухода применяют в случаях, когда поверхность бетона не контактирует впоследствии с вновь укладываемыми слоями омоноличивания и когда к качеству поверхности не предъявляются повышенные требования. Необходимо учитывать и высокую трудоемкость этого способа.

Покрытие поверхностей бетона увлажняемым бре­зентом применяют чаще, чем засыпку. Этот способ подхо­дит не только для горизонтальных, но и наклонных, а также для омоноличиваемых поверхностей.

Вторая группа способов ухода, основанная на предот­вращении испарения влаги из бетона без увлажнения, предусматривает укрытие поверхности водо- и пароне­проницаемыми материалами. К ним относятся битуми-зированые сорта бумаги (обычно наиболее дешевые, на­пример, пергамин), пленки из полимерных материалов, а также различного рода жидкие пленкообразующие мате­риалы. Полосы бумаги или пленки следует укладывать внахлестку, спуская их края с горизонтальной на верти­кальную поверхность. Разрывы влагозащитных покры­тий следует закрывать дополнительным слоем их. Име­ются экспериментальные данные, свидетельствующие о высокой эффективности ухода за бетоном при укрытии его воздухо- и водонеироницаемой бумагой — при этом испарение воды сокращается на 70% .

В солнечную погоду при температуре воздуха выше 25° С недостаточно предотвратить испарение влаги с поверхности уложенного бетона. Закрытие поверхности полимерными пленками не исключает возникновения высоких температурных градиентов, приводящих к неодно­родному температурному полю в забетонированных кон­струкциях. Снижение температурных градиентов может быть достигнуто применением металлизированных пле­нок с высокой отражающей способностью. Еще более эф­фективно закрывать бетон комбинированным покрытием, где пленка прошита в пакет со слоем мешковины. Там. где важно не понизить качество поверхности бетона, например в дорожном строительстве, такие покрытия натягивают на инвентарные рамки, обеспечивающие зазор 1—3 см между покрыти­ем и поверхностью бетона. Простейшими пленкооб­разующими материалами являются битумные и водо-битумные эмульсии, а так­же лак этиноль. В отечест­венном дорожном строи­тельстве для создания за­щитных пленок широко при­меняют помороль различных марок. Обычно пленкообра­зующие жидкости наносят на поверхность бетона за два раза. Расход их для двухслойного покрытия в за­висимости от погодных условий и типа пленкообразую­щего материала колеблется в пределах 400—100 г/м².

Пленкообразующие материалы наиболее технологич­ны по сравнению с другими видами покрытий, в особен­ности при больших поверхностях укладываемого бетона. В то же время покрытия пленкообразующими материа­лами и покрытия полиэтиленовой пленкой недостаточно защищают бетон от температурных воздействий, что весьма существенно в условиях сухого и жаркого клима­та. В этих условиях для повышения отражающей способ­ности пленочных покрытий поверх них наносят слой из­весткового молока. Имеются пленкообразующие составы с белым пигментом и с алюминиевой пудрой.

Защита испаряющих поверхностей пленкообразующи­ми материалами может применяться только, когда они не предназначены для последующего монолитного кон­такта с примыкающими бетонными поверхностями.

Важнейшим в технологии ухода за бетоном является правильное назначение сроков начала ухода за бетоном и его продолжительности. Особые требования к режимам ухода за бетоном предъявляются в условиях сухого с жаркого климата при одновременном воздействии темпе­ратур более 25° С и влажности менее 50%.

Укрытие бумагой или пленкой, так же как и раскладка брезента, должно проводиться после набора бетоном минимальной прочности, обеспечивающей сохранность его поверхности.

Во всех случаях влажностный уход за бетоном дол­жен начинаться после протекания начальной фазы гид­ратации, что предотвратит поглощение свежеуложенным бетоном избыточной влаги. Этот начальный период соответствует ориентировочно достижению бетоном прочности 0,3—0,5 МПа; продолжительность его зависит от типа используемого цемента, состава бетона (в основном от В/Ц) и температуры твердения. При достижении такой прочности поверхность бетона утрачивает характерный блеск, а на приложенной к ней ладони не остается следов цементного теста. В зависимости от перечисленных выше условий срок достижения такого состояния колеблется от 2 до 12 ч и определяется строительной ла­бораторией. В этот период при обычных условиях (при влажности более 50% и отсутствии сильного ветра) допускается не предпринимать каких-либо мер по уходу за бетоном. Желательно, однако, по возможности предот­вращать прямое попадание на него солнечных лучей.

В сухой и жаркий период, а также в ветреную погоду при интенсивности испарения более 0,5 кг/(м²-ч) по­верхность бетона следует укрывать сразу после его ук­ладки. Когда хотят предохранить поверхность от контак­та с покрытием, устраивают легкие тенты.

Продолжительность ухода за бетоном определяется сроком достижения им прочности 50—70% проектной.

В условиях сухого жаркого климата после окончания периода влажностного ухода предпринимают специ­альные меры для предотвращения микротрещин, образу­ющихся из-за интенсивного испарения влаги, в особенно­сти с поверхностной зоны. С этой целью после прекраще­ния полива покрывающий бетон материал с поверхности не удаляют еще 2—4 сут. При использовании вместо влажностного ухода пленкообразующих материалов ре­комендуется по ним устраивать теплозащитный слой, на­пример, засыпать песком.

Для сокращения продолжительности ухода за бето­ном можно использовать методы тепловой его oбpaботки.

В сухих условиях он быстро теряет влагу, и его дальнейшее твердение прекращается. Для того, чтобы уложенный и уплотненный бетон по­лучил требуемую прочность в назначенный срок, за ним необходим правильный уход. Особенно важен уход за бетоном в первые дни после укладки, иначе можно на­столько снизить качество бетона, что его нельзя будет исправить даже при последующем тщательном уходе.

Свежеуложенный бетон выдерживают во влажном со­стоянии и предохраняют от сотрясений, ударов, каких-либо повреждений, а также резких изменений темпера­туры. В летнее время открытые поверхности свежеуло-женного бетона следует укрывать мешковиной, рогожей, песком, опилками или другими материалами и периоди­чески увлажнять. Поливать бетон начинают не позднее чем через 10—12 ч после бетонирования, а в жаркую ветреную погоду через 2—3 ч. Летом бетон обычно полива­ют в течение первых 3 сут не реже чем через каждые 4 ч днем и не менее 1 раза ночью, а в последующее время — не менее 3 раз в сутки. Бетон, приготовленный на портландцементе, следует поливать не менее 7 сут, на про­чих цементах, в том числе на цементах с пластифицирующими добавками, — не менее 14 сут. Особенно обильно надо поливать ночью. Вместо полива водой поверхности бетона можно покрывать битумной эмульсией, лаком этиноль, латексом и другими жидкими материалами, ко­торые образуют непроницаемую пленку, надежно защи­щающую бетон от испарения влаги.

Распалубливать бетонные и железобетонные конст­рукции следует только после достижения бетоном опре­деленной прочности, устанавливаемой путем испытания контрольных образцов-кубов.

Твердение бетона при температурах ниже 5-—10°С значительно замедляется, а при температурах ниже ну­ля практически прекращается. Находящаяся в бетоне свободная вода, замерзая, увеличивается в объеме, что приводит к нарушению структуры еще не затвердевшего цементного камня, а это, в свою очередь, снижает ко­нечную прочность бетона. Наиболее опасно замерзание бетона в период схватывания цемента. Поэтому основ­ным условием ведения бетонных работ в зимнее время является обеспечение в уложенном бетоне определенной положительной температуры, исключающей замерзание бетона в раннем возрасте до достижения им к моменту замерзания 50 % марочной прочности.

Для предупреждения раннего замерзания бетона и обеспечения твердения его при низких температурах со­ветскими учеными С. А. Мироновым, В. Н. Сизовым, И. Г. Соваловым, Б. А. Крыловым и др. разработаны и внедрены в практику строительства различные способы зимнего бетонирования. Наиболее распространены спо­соб «термоса», паро- и электротермообработка бетона, а также применение бетона с химическими добавками — ускорителями твердения. Каждый способ можно приме­нять самостоятельно или в сочетании.

Способ «термоса» предусматривает обеспечение в бе­тоне во время его твердения положительной температу­ры за счет подогрева составляющих бетонной смеси (во­ды, песка, крупного заполнителя) и теплоты, выделяе­мой цементом при твердении.

В зависимости от вида применяемого цемента, темпе­ратуры наружного воздуха, длительности транспортиро­вания бетонной смеси и других факторов подогревают либо только воду, либо воду и заполнители. Для предотвращения загустевания бетонной смеси и потери ее удобоукладываемости температуру подогрева составляющих выбирают с таким расчетом, чтобы температура бетон ной смеси при выходе из бетоносмесителя не превышал; 40 °С. Для сохранения запаса теплоты в течение определенного срока конструкции из свежеуложеннсто бетона утепляют, покрывая их соломенными матами, опилками, шлаком и др.

Способ «термоса» наиболее прост и экономичен. Для его осуществления не требуется специального оборудования, уход за бетоном сводится к наблюдению заисправностью укрытия и к контролю за температурой бе­тона. Однако этот способ применяют только при бетони­ровании массивных конструкций (монолитных фундамен­тов и др.). При бетонировании в зимнее время немассив­ных конструкций (колонн, балок, перекрытий и т. п.) уложенную в опалубку бетонную смесь подвергают паро-и электротермообработке.

Паропрогрев бетона производят, пропуская между стенками двойной опалубки («паровая рубашка») или в продольные каналы с внутренней стороны опалубки («капиллярная опалубка») водяной пар. При этом температура в бетоне повышается до 50—70 °С, что дает возможность через 1—2 сут. получать прочность, равную 50—70 % марочной.

Электротермообработка бетона осуществляется раз­личными методами: электродным прогревом, электрообо­гревом различными злкетронагревательными устройства­ми, индукционным нагревом и др. Применяя указанные выше методы электротермообработки бетона, удается в течение 1—2 сут получать прочность, равную 70 % ма­рочной.

Химические добавки применяют с целью понизить температуру замерзания воды в бетонной смеси и обес­печить возможность твердения бетона при отрицатель­ной температуре. В качестве химических добавок вводят хлористый кальций и натрий, нитрит натрия, нитрит-нит­рат кальция, мочевину, поташ, а также комплексные хи­мические добавки на основе пластификатора и противоморозного компонента.

К зимним условиям принято относить период, когда ожидаемая среднесуточная температура наружного воздуха становится ниже 5°С и минимальная суточная температура ниже 0°С. В этот период проектом производства работ должны быть предусмотрены специальные технологические мероприятия, обеспечивающие достижение в заданные сроки проектной прочности бетона или до замораживания - критической прочности, после которой замораживание практически не оказывает деструктивных влияний на бетон.

Свежеуложенному бетону мороз опасен, прежде всего из-за влияния низких температур на процессы схватывания и твердения цементов. Бетон очень чувствителен к холоду. Это сказывается на времени схватывания и скорости твердения. Так, например, при снижении температуры с 20 до 5 ⁰С схватывание бетона замедляется в 2 – 5 раз. Но особенно резко проявляется это замедление при дальнейшем снижении температуры – до 0 ⁰С. Однако если восстановить нормальную температуру выдерживания, то твердение вновь принимает обычные темпы. Если температура бетона опустится до 0⁰С - твердение прекращается полностью. Это объясняется тем, что при замерзании бетона содержащаяся в нем свободная вода замерзает, а образование цементного камня замедляется. Следовательно, прекращается и твердение бетона. Замерзая в бетоне, вода увеличивается в объеме на 9%. В результате этого в порах бетона развивается большое давление, которое вызывает разрушение структуры еще не затвердевшего бетона. Скопившаяся на поверхности зерен крупного заполнителя вода при замерзании образует тонкую ледяную пленку, которая отделяет поверхность заполнителя от соприкосновения с цементным тестом. В результате ухудшается монолитность бетона. Если заморозить бетон в раннем возрасте, то лед разрушит многие кристаллики цементного клея. Если затворение бетона было проведено до замораживания, а твердение бетона еще не началось, то оно не начнется и после замерзания. Но если твердение началось, то оно приостанавливается, пока свободная вода в бетоне будет оставаться в виде льда. При оттаивании бетона замерзшая свободная вода превращается в жидкость, и твердение бетона возобновляется. В нем происходят те же процессы, что и до замерзания, но уже при изменившейся структуре. Эти изменения в структуре бетона уменьшают его прочность и сцепление бетона с арматурой. Конечная прочность бетона будет тем ниже, чем раньше бетон подвергся замораживанию. Наиболее опасное замерзание бетона в период схватывания цемента. Для бетона также вредно и многократное замерзание и оттаивание его в начальный период твердения (оттепели и заморозки) [1] .

Приготовление бетонной смеси в зимних условиях является очень ответственной операцией. В первую очередь нужно тщательно проверить качество и состояние сырьевых материалов. Песок, щебень и гравий не должны быть загрязнены и смешаны со снегом и льдом. Поэтому их складируют на сухих возвышенных местах, под навесами или в закрытых помещениях. Нельзя допускать, чтобы при хранении цемента в него попадал снег.

Готовить бетонную смесь надо в обогреваемых помещениях. Внутренний запас тепла в бетонной смеси создают, подогревая ее составляющие. Нагрев заполнителей может быть одноступенчатым, когда одновременно материалы оттаивают и подогревают, и двухступенчатым, когда на одних установках заполнители предварительно оттаивают, а на других – подогревают до расчетной температуры (40 - 50 ⁰С). Одновременно в резервуарах паром нагревают воду до заданной температуры - от 30 до 90⁰С. Цемент и тонкомолотые добавки подогревать запрещается. Что касается арматуры, то она должна быть очищена от снега и льда и разогрета горячей водой или паром. Температура составляющих бетонной смеси в момент загрузки в бетоносмеситель должна быть такой, чтобы обеспечить заданную температуру бетонной смеси при выходе из бетоносмесителя и укладки в форму – не менее 5 ⁰С.

Транспортировать бетонную смесь до места укладки необходимо с минимальными теплопотерями. Потери тепла при самой перевозке бетонной смеси меньше, чем при перегрузочных операциях. Поэтому в зимнее время ее доставляют на место укладки без перегрузки. При этом надо следить, чтобы транспортная тара была утеплена и обогревалась. Если бетонная смесь транспортируется в кузове автосамосвала, то кузов укрывают брезентом или обогревают отработанными газами. Это позволяет создать над бетонной смесью тепловую завесу. При транспортировании бетонной смеси в бадьях и бункерах их накрывают деревянными утепленными крышками; снаружи утепляют войлоком и затем обшивают фанерой. При насосном транспорте бетона утепляют как помещения, где установлены бетононасосы, так и бетоноотводы.

При бетонировании зимой необходимо обеспечить твердение бетона в теплой и влажной среде в течение срока, обеспечивающего набор бетоном критической прочности, гарантирующей сохранение структуры бетона и удовлетворительное еготвердение после оттаивания.

Это достигается двумя способами: 1) использованием внутреннего запаса теплоты бетона; 2) дополнительной подачей бетону теплоты извне,если внутренней теплоты недостаточно. При первом способе необходимо применять высокопрочный и быстротвердеющий портландцемент, использовать ускорители твердения цемента - хлористый кальций и др., уменьшать количество воды в бетонной смеси, вводя в нее пластифицирующие и воздухововлекающие добавки. Все это даст возможность ускорить сроки твердения бетона при возведении сооружений и добиться того, чтобы бетон приобрел достаточную прочность перед замораживанием. Внутренний запас теплоты в бетоне создают путем подогревания материалов, составляющих бетонную смесь, кроме того, в твердеющем бетоне теплота выделяется при химической реакции, происходящей между цементом и водой (экзотермия цемента). Бетонная смесь при выходе из бетоносмесителя должна иметь температуру не выше 40°С, так как при более высокой температуре она быстро густеет. Минимальная температура бетонной смеси при укладке в массивы должна быть не ниже 5°С, а при укладке в тонкие конструкции - не ниже 20 °С.

В последнее время применяют новый способ - электроподогрев бетонной смеси в специальном бункере непосредственно перед укладкой в конструкцию. В этом случае электрический ток пропускают через бетонную смесь и разогревают ее до 50...70 °С. Разогретую смесь надо сразу же укладывать и уплотнять, так как она быстро густеет [1].

В процессе твердения цемент выделяет значительное количество теплоты. Эта теплота выделяется главным образом в первые 3...7 сут твердения. Чтобы сохранить теплоту в бетоне на определенный срок, опалубку и все открытые части бетона покрывают хорошей изоляцией (матами из минеральной ваты, пенопласта, опилками, шлаком и т.д.), толщина которой определяется теплотехническим расчетом. Этот способ зимнего бетонирования называют способом термоса, так как 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. Это возможно только при массивных или тщательно изолированных средних по толщине конструкциях, имеющих отношение охлаждающейся поверхности бетона к его объему, так называемый модуль поверхности, не более 6.

Конструкции более тонкие или со слабой теплоизоляцией, а также возводимые при очень сильных морозах следует бетонировать с подачей теплоты извне. Существуют три разновидности этого способа. Первая разновидность - обогрев бетона паром, пропускаемым между двойной опалубкой, окружающей бетон, или по трубам, находящимся внутри бетона или установленным в опалубке. Обычная температура пара 50 ... 80°С. При этом бетон твердеет быстро, достигая в течение 2 сут такой прочности, которую приобретает через 7 сут при нормальном твердении.

Вторая разновидность - электропрогрев, который осуществляют, пропуская через бетон электрический переменный ток. Для этого стальные пластинки - электроды, соединенные с электрическими проводами, укладывают сверху или с боковых сторон конструкции бетона в начале его схватывания. При электроподогреве в колонне или балке в бетон закладывают 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. В начале подогрева обычно подается ток низкого напряжения (50 ... 60 В), получаемый путем трансформирования обычного тока 220 В. Сырой бетон при пропускании тока разогревается и затвердевает. По мере затвердения бетона его электрическое сопротивление возрастает, и напряжение приходится повышать. Нагревать бетон следует медленно, чтобы избежать высушивания, особенно вблизи арматуры, где плотность тока возрастает, и появления в нем трещин (повышать температуру нужно не более чем на 5 °С в час), и доводить температуру бетона до 60 °С. При этих условиях бетон в течение 36...48 ч твердения приобретает прочность не меньшую, чем за 7 сут нормального твердения. При бетонировании массивных сооружений зимой целесообразно применять электропрогрев только поверхностного слоя бетона (так называемый периферийный электропрогрев), чтобы предохранить его от преждевременного замерзания. При бетонировании тонкостенных конструкций можно использовать греющий электрокабель, укрепляемый на ее поверхности или на опалубке, а также греющие пленки и листы для периферийного прогрева внешних слоев бетона.

Третья разновидность бетонирования с подачей теплоты - обогрев воздуха, окружающего бетон. Для этого 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, малых объемах бетонирования, а также при отделочных работах.

Кроме описанных выше способов зимнего бетонирования, требующих подогрева составляющих бетона или самого бетона, применяют холодный способ зимнего бетонирования, при котором материалы не подогревают, но в воду для приготовления бетона вводят большое количество солей, обеспечивающих твердение бетона на морозе, либо применяют специальный безгипсовый цемент.