схему разбивки типового этажа возводимого сооружения на технологические захватки, увязанные с суточным объемом укладываемой бетонной смеси;
температурно-влажностный режим выдерживания забетонированных конструкций;
требуемую прочность бетона по окончании организованного выдерживания;
мероприятия по контролю качества и набору прочности бетона.
4.2. Метод термоса
Возведение монолитных конструкций без искусственного прогрева является наиболее экономичным способом зимнего бетонирования. Сущность способа заключается в первоначальном нагревании бетонной смеси за счет подогрева заполнителей и воды, а также использовании тепла, выделяющегося при твердении цемента, для приобретения бетоном заданной прочности в процессе его медленного остывания в утепленной опалубке.
За счет аккумулированной энергии от нагрева воды и наполнителей, последующего выделения теплоты экзотермии цемента – реакции гидратации цемента с водой, массивная теплоизолированная (для уменьшения теплопотерь и, следовательно, увеличения времени остывания) конструкция набирает требуемую прочность за расчетный период времени до замерзания.
Область применения метода термоса – бетонирование в практически любых теплоизолированных опалубках массивных монолитных конструкций (фундаменты, блоки, стены, плиты) с модулем поверхности Мп 3…8. Кроме этого целесообразно применять метод в тех случаях, когда к бетону предъявляют повышенные требования по морозостойкости, водопроницаемости и трещиностойкости, так как термосное выдерживание сопровождается минимальными напряжениями в бетоне от воздействия температуры.
Целесообразность применения метода термоса устанавливается в результате технико-экономического расчета с учетом массивности конструкции Мп, активности и тепловыделения цемента, температуры уложенного бетона, температуры наружного воздуха, скорости ветра, а также возможности получения требуемой прочности бетона в заданный срок.
В зависимости от вида цемента, температуры бетонной смеси, средней температуре остывания и полученной по расчету продолжительности остывания по графикам определяют прочность, которую приобретет бетон через Т ч. Температура бетонной смеси, уложенной в опалубку, к началу выдерживания при методе термоса устанавливается расчетом, и не может быть ниже 5ºС. Если определенная таким образом прочность окажется меньше требуемой, то уменьшают коэффициент теплопотерь за счет дополнительного утепления конструкции. Можно увеличить начальную температуру бетона за счет предварительного, непосредственно перед укладкой в конструкцию, кратковременного электроразогрева бетонной смеси в кузовах, бункерах и бадьях трехфазным током промышленной частоты, напряжением 220 и 380 В с помощью пластинчатых электродов.
В процессе твердения бетона выделяется экзотермическая теплота, количественно зависящая от вида применяемого цемента и температуры выдерживания. Наибольшим экзотермическим тепловыделением обладают высокомарочные и быстротвердеющие портландцементы. Поэтому при применении метода термоса рекомендуется применять бетонную смесь на высокоэкзотермичных портланд- и быстротвердеющих цементах, укладывать смесь с повышенной начальной температурой и тщательно утеплять.
Метод тем эффективней, чем массивнее бетонируемая конструкция.
Метод термоса применим: в обычных условиях на подогретой бетонной смеси (МП £ 5); при использовании высокотермальных цементов с добавкой ускорителей твердения (МП £ 8); при предварительном электроразогреве бетонной смеси до 80 ºС перед самой укладкой в конструкцию (МП £ 12).
Для ускорения твердения бетона в начальный период термосного выдерживания количество воды затворения должно быть минимальным. Удобоукладываемость бетонной смеси необходимо повышать введением пластифицирующих добавок. Если метод термоса применяют для крупных массивов (например, фундаментная плита), начальную температуру бетонной смеси следует занижать по сравнению с аналогами, имеющими меньший модуль поверхности, во избежание значительного саморазогрева бетона за счет экзотермии и предотвращения существенных температурных напряжений в конструкции.
Модификациями метода термоса, позволяющими расширить область его применения на конструкции с большим Мп, являются термос с добавками-ускорителями и предварительный электроразогрев бетонной смеси (горячий термос).
В случаях резкого изменения погоды (резкое похолодание, вьюга, пурга, метель и др.) а значит и температурных условий выдерживания бетона, заложенных в расчет, необходимо принимать дополнительные оперативные меры для обеспечения получения уложенным бетоном критической прочности до его замерзания. К таким мерам можно отнести устройство дополнительной теплоизоляции бетона, продление сроков его выдерживания и при необходимости искусственный обогрев.
К достоинствам метода «термоса» необходимо отнести низкие трудоемкость и энергоемкость, обеспечивающие минимальную себестоимость зимних работ. Недостатки метода – большая продолжительность выдерживания бетона и ограничения по степени массивности бетонируемых конструкций. Перспектива применения всех разновидностей метода термоса в разработке новых технологичных теплоизоляционных материалов, обеспечивающих простую по устройству и качественную изоляцию свежеуложенного бетона в конструкции любой формы, а также выпусков арматуры.
4.3. Бетонирование с применением противоморозных добавок
Противоморозные добавки предназначены для предотвращения замерзания жидкой фазы бетонной смеси, имеющей начальную положительную температуру, в период твердения при отрицательных температурах.
Сущность способа заключается во введении в бетонную смесь при ее приготовлении добавок, понижающих температуру замерзания воды, обеспечивающих протекание реакции гидротации цемента и твердения бетона при температуре наружного воздуха ниже 0ºС.
Добавки вводят в бетонную смесь в виде водных растворов рабочей концентрации, которые получают смешиванием концентрированных растворов добавок с водой затворения и подают в бетоносмеситель через дозатор воды.
Растворы солей значительно продлевают время существования жидкой фазы, обеспечивая тем самым протекание реакции гидротации даже в условиях отрицательных температур. К числу используемых солей относятся нитрит натрия (НН), нитрит калия (НК), поташ (П), хлористый натрий (ХН) и др.
Противоморозные добавки добавляют в бетонную смесь в процентном отношении к массе цемента. Подбор состава бетона с требуемыми добавками производят с учетом типа и условий эксплуатации монолитной конструкции, температуры наружного воздуха. Количество вносимых добавок увеличивается с понижением температуры воздуха.
Неопалубленные поверхности монолитных конструкций должны быть теплоизолированы с целью предотвращения вымораживания влаги с открытых участков. Температура укладываемого в опалубку бетона с противоморозными добавками должна быть расчетной, но не ниже +50С. Бетоны классов В10, В20, В30 и выше к моменту замерзания должны набрать прочность не ниже, соответственно, 30, 25 и 20% проектной прочности.
Существуют ограничения в применении некоторых противоморозных добавок для бетонов предварительно напряженных конструкций и конструкций, которые будут подвергаться динамическим нагрузкам. Не допускается использование хлористых солей в бетонах для замоноличивания стыков сборных конструкций, имеющих выпуски арматуры или закладные детали, без их предварительной защиты от коррозии.
Применение противоморозных добавок (нитрит натрия и хлористые соли) допускается для использования при бетонировании конструкций, температура которых не опустится ниже –15ºС, а конструкций с использованием поташа – ниже –25ºС.
Благодаря химическим веществам вода при отрицательной температуре находится в жидкой фазе и способна взаимодействовать с цементом. Эти вещества, введенные в бетон, оказывают разносторонние воздействия на процессы схватывания и твердения бетона. Вещества, обладающие такими химическими свойствами, называют противоморозными добавками.
В качестве основных противоморозных добавок применяют соли соляной кислоты – хлорид кальция CaCl2 и хлорид натрия NaCI, карбонат калия (поташ) К2СО3 и нитрит натрия NaN02. Применяют также ряд комплексных соединений: нитрит кальция с мочевиной (НКМ), нитрат кальция + мочевина (НК+М), нитрит нитрат кальция + мочевина (ННК+М), нитрит нитрат хлорида кальция (ННХК), хлорид кальция + нитрит натрия (XK + НН), нитрит нитрат хлорида кальция + мочевина (ННХК + М).
Если после укладки бетона температура его стала ниже расчетной, принятой при установлении концентрации водных растворов противоморозных добавок, то уложенный бетон утепляют или прибегают к искусственному обогреву до момента достижения бетоном необходимой прочности.
Добавки эффективно ускоряют в 1,2...2 раза процесс твердения. Введение в бетон добавок понижает температуру замерзания воды, увеличивая тем самым продолжительность твердения бетона, что значительно способствует приобретению им большей критической прочности.
Бетоны с небольшим количеством добавок хлористых солей до 2%, поташа и нитрита натрия до 5% от массы цемента готовят на подогретых заполнителях и горячей воде. При этом при выходе из смесителя температура бетонной смеси может находиться в пределах 25...35 ºС, снижаясь к моменту укладки в опалубку до 20 ºС. Бетонную смесь укладывают в утепленную опалубку и после виброуплотнения закрывают слоем теплоизоляции. Твердение бетона происходит как результат термосного выдерживания с положительным воздействием химических добавок. Этот способ рекомендуется в основном для малоармированных и неответственных конструкций.