Область применения. 
Бетонирование монолитных конструкций при отрицательных температурах

Типовая технологическая карта разработана на бетонирование монолитных конструкций при отрицательных температурах.

Особенности строительных работ в зимних условиях Бетонные работы, каменная кладка и штукатурка В строительстве и ремонтно-строительном производстве бетонные, каменные и штукатурные работы в зимних условиях выполняют с применением бетонов, цементных и цементно-известковых растворов. В зимний период вода в растворах и бетонах замерзает, вследствие этого они сгущаются, а их пластические свойства ухудшаются.

Общее количество воды, вводимой в растворы или бетонные смеси, определяется рабочей подвижностью, обеспечивающей возможность их употребления для нанесения на оштукатуриваемые поверхности, каменной кладки и возведения конструкций. Ввиду этого в раствор и бетонную смесь вводят в 1,5…2 раза больше воды, чем требуется для твердения раствора или бетона. Часть излишней воды при твердении раствора (бетона) испаряется с открытых поверхностей или отсасывается пористым основанием (кирпич, шлакоблоки и т. п.). Другую часть поглощают зерна твердых компонентов раствора (бетона), при этом вокруг них образуются тончайшие пленки. Кроме того, вода заполняет межзерновые пространства цементного камня, поры и капилляры растворов (бетонов).

Реакция между цементом и водой протекает только до тех пор, пока вода находится в жидком состоянии. Кристаллы льда с цементом не реагируют, и процесс твердения приостанавливается. Если допустить, что для нормального твердения цементных или смешанных растворов необходимо примерно 30−40% воды (от массы цемента или смешанных вяжущих), то в этих растворах до температуры -3 °С будет столько жидкой воды, сколько ее необходимо для химических реакций. При более низкой температуре в растворе наблюдается недостаток воды, он обезвоживается, так как вода переходит в лед. При замерзании вода увеличивается на 1/12 в объеме и вызывает частичное разрушение структуры раствора, понижение прочности его сцепления с каменной или другой поверхностью. Поэтому важно, чтобы замерзание раствора или бетонной смеси происходило после того, как химически будет связано возможно большее количество воды, а слабосвязанной и свободной воды, способной превратиться в лед, останется меньше. Особенно вредным является многократное замерзание и оттаивание растворов в начальный период твердения.

При выполнении бетонных работ необходимо учитывать критическую прочность, которую должен приобрести бетон к моменту замораживания (табл.1.1).

Таблица 1.1.

Критическая прочность бетона до замораживания.

— прочность, достигаемая бетоном через 28 дней.

Необходимо также учитывать передвижение воды, находящейся в порах и капиллярах кирпича, шлакоблоков, штукатурки, бетона с возможным образованием льда на границе раздела двух материков, например штукатурного раствора и оштукатуриваемой поверхности (кирпич, шлакоблоки и т. п.), что может вызвать отслоение штукатурки. В растворах при воздействии отрицательных температур вода, находящаяся в порах и капиллярах, передвигается (мигрирует) в сторону более охлажденных слоев — от тепла к холоду.

Примером рационального использования этих явлений служат каменная кладка и штукатурные работы в зимних условиях с применением подогретых смешанных растворов. Нанесенный на сухие кирпичные или шлакоблочные поверхности смешанный подогретый раствор сохраняется без разрушения благодаря тому, что часть воды из раствора впитывается этими поверхностями до замерзания раствора, другая часть воды испаряется с открытых поверхностей. Оставшаяся вода заполняет лишь около половины объема пор твердеющего раствора и поэтому не может при замерзании разрушить штукатурку или каменную кладку. Для регулирования процессов твердения растворов и бетонов при низких температурах применяют различные химические добавки: в качестве ускорителей твердения — хлористый кальций, соду и поташ, а также добавки, способствующие понижению температуры замерзания растворов, — хлористый натрий (поваренная соль), нашатырь, нитрит натрия и другие вещества.

Соли в штукатурные и кладочные растворы вводят в следующих количествах (от массы воды затворения): при морозах до -5 °С — 3% NaCl или СаСl; до -15 °С — 5% NaCl или СаСl либо 3% NaCl и 2% СаСl, вместо 5%-ной добавки одной из этих солей.

Добавки поташа в количестве 3…4% массы сухой смеси рекомендуется вводить в строительные растворы следующих составов: 1:3 (цемент:песок), сложные — 1:0,1:3,5 (цемент:известь:песок) и 1:0,4:4,2 (цемент:глина:песок). Существенными недостатками применения поташа являются ускорение сроков схватывания и неудобство укладки растворов и бетонных смесей через 10−20 мин после затворения.

Нитрит натрия в количестве 5…10% массы цемента обеспечивает твердение цементного или смешанного раствора при морозах только до -10 °С. Нитрит натрия и поташ в процессе твердения бетона приводят к образованию едких щелочей, вследствие чего запрещается употреблять их в качестве противоморозных добавок при изготовлении конструкций, эксплуатируемых в водной или очень влажной среде. Кроме того, применение любой соли натрия сопровождается появлением выцветов, а добавки хлористых соединений дают высыпы на поверхностях бетона, штукатурки и т. п.

Для повышения качества этих растворов и смесей добавляют сульфитно-спиртовую барду в количестве до 3% массы цемента, что увеличивает их подвижность, а также период удобоукладываемости до полутора часов.

В практике широкое распространение получил метод термоса и электрообогрева. Метод термоса обеспечивает в зимних условиях частичное твердение цементных растворов и бетонов за счет их применения в теплом состоянии. Для этого материалы, которые входят в состав растворов и бетонов, предварительно подогревают. Некоторая часть тепла в последующем дополнительно выделяется цементом в процессе гидратации и твердения. Метод позволяет на первоначальной стадии процесса получить необходимую монтажную прочность конструкций и изделий (до 30…50% марочной прочности). Затем раствор или бетон постепенно охлаждается и замерзает. Процессы твердения замедляются и иногда приостанавливаются до потепления наружного воздуха, после чего восстанавливаются и раствор или бетон достигает полной марочной прочности.

Электродный прогрев бетона Электродный прогрев бетона бывает нескольких видов. Для прохождения тока используют пластинчатые полосовые или стержневые электроды.

Чаще всего бетон подогревают металлическими стержневыми электродами, которые закладывают в него параллельными рядами. Соседние или противостоящие электроды соединяют с проводами разных фаз переменного электротока пониженного (51…106 В) или повышенного (120…220 В) напряжения. При этом между электродами образуется электрическое поле, где электрическая энергия превращается в тепловую, прогревающую бетон.

Электроток включают через 1,5…2 ч после укладки бетона, имеющего температуру не ниже 5 °C. Повышение или понижение температуры прогреваемого бетона регулируют изменением напряжения тока или отключением части электродов. В некоторых случаях роль электродов выполняет арматура железобетонных конструкций, по которой пропускают электроток. Электродный способ прогрева бетона имеет ряд существенных недостатков. Главные из них: отрицательное влияние арматуры и металлических форм на равномерность прогрева, отсутствие эффективных способов электроизоляции бортов форм и арматуры, простых и надежных способов подведения электротока к бетону и т. п.

Предварительный электроразогрев готовой бетонной смеси проводят в бункерах, бадьях или ящиках с помощью погружаемых трехпластинчатых электродов в смесь (рис.1). Бетонную смесь подогревают до температуры 60…80 °С, что должно ускорить твердение бетона на морозе, повысить прочность и качество. Готовая бетонная смесь при значительных затратах электроэнергии (40…60 кВт· ч/м) разогревается до требуемой температуры за 5…20 мин. Горячую бетонную смесь быстро укладывают, а затем выдерживают термосным способом. Без дальнейшего дополнительного обогрева бетон приобретает прочность около 50% марочной.

Рис. 1 Бункер с пластинчатыми электродами для разогрева готовой бетонной смеси: 1 — пластинчатый электрод, 2 — отбойный брус, 3 — петля для подъема бункера, 4 — корпус бункера из листовой стали, 5 — токоподводящие устройства, 6 — трубы, приваренные по контуру к пластинчатым электродам, 7 — вибратор, 8 — крепление защитного заземления, 9 — затвор для выгрузки бетонной смеси, 10 — порожек, 11 — листовая резина для электроизоляции днища бункера

Преимущество этого метода в том, что электропрогрев бетонной смеси проводится не в конструкциях, его осуществлению не мешает уложенная арматура, повышается безопасность ведения работ с применением электрооборудования. Бетонирование горячими смесями сокращает продолжительность тепловой обработки конструкций или изделий за счет предварительной гидротации и повышенного тепловыделения цемента после его электрообработки. Но предварительный электроразогрев резко уменьшает подвижность и повышает расслаиваемость бетонной смеси, т. е. значительно ухудшает ее технические свойства.

Кроме того, в бетонных смесях, нагретых до высокой температуры (50…70 °С), происходит значительное расширение неоднородных компонентов, содержащихся мелких пузырьков воздуха и образующихся водяных паров, которые в последующем при охлаждении в разной степени уменьшаются в объеме и вызывают температурные деформации в уложенном бетоне, что приводит к образованию трещин или каверн. Это один из серьезных недостатков применения горячих смесей в технологии бетона. Уменьшения количества пор или каверн в бетоне можно добиться, уплотняя укладываемую горячую смесь вибраторами, которые способствуют удалению из нее расширяющихся пузырьков воздуха и пара. Ликвидировать появление трещин в бетоне при укладке горячей смеси очень трудно вследствие различных коэффициентов линейного теплового расширения отдельных неоднородных компонентов смеси (цемента, песка, щебня, гравия, воды, воздуха и добавок).

Термоэлектрические маты (ТЭМ).

Термоэлектрические маты (ТЭМ) используют на стройплощадках и полигонах для прогрева бетона, каменной кладки, мерзлого грунта, укрытия, а также обогрева на открытых площадках материалов, механизмов, грузовых контейнеров и другого оборудования в зимних условиях. Кроме того, с помощью ТЭМ можно предварительно отогревать опалубку, арматуру, промерзший грунт и другие места перед укладкой строительных растворов и бетонов. Подлежащие обогреву конструкции и изделия или оборудование укрывают ТЭМ и в изолированном таким образом от внешней среды пространстве поддерживают заданный температурный режим.

Термоэлектрический мат — гибкое обогревательное устройство в виде греющего одеяла, состоящее из внешней оболочки, теплоизоляционного слоя и нагревательного элемента (рис.2). Внешнюю оболочку ТЭМ выполняют из синтетических пленок (полиамидной, фторопластовой), резины или спецтканей (ткань-500, авиационный повинол на стеклоткани, ткань АХКР и др.). В большей степени основным требованиям отвечает прорезиненная ткань АХКР с двусторонней пропиткой (0,5 кг/м), температуростойкостью от -70 до 120 °C.

Рис. 2 Термоэлектрический мат

Теплоизоляционный слой выполняют из трех чередующихся слоев капронированного волокна ВТ-4С-25 и двух слоев алюминиевой фольги. В качестве тепловой изоляции в ТЭМ могут быть использованы маты типа АСИМ, АТИМС, минеральный утеплитель ATM 1−20, хлопчатобумажный ватин (пропитанный огнезащитным и противогнилостным составами) и др.

Нагревательный элемент изготовляют из асбестовой ткани, пронизанной нихромовой проволокой (10 нагревателей из проволоки диаметром 0,8 мм длиной 11 м каждая).

Электропитание ТЭМ осуществляется через трехфазные понижающие трансформаторы (380/220/-60/36 В мощностью 20…30 кВт) и приборы, монтаж которых производится в виде передвижных электротехнических установок (ПЭУ) на автоприцепах, в шкафах-контейнерах или переносных электрощитов с отдельно располагаемыми трансформаторами.

Техническая характеристика ТЭМ.

Инструкция на устройство монолитных бетонных и железобетонных конструкций в зимних условиях.

1. Разогрев бетонной смеси в четырех бадьях вместимостью 0,8 м и укладка смеси в конструкцию Исполнители Электромонтажник 5-го разряда (Э1);

Бетонщик 4-го разряда (Б2);

Бетонщик 3-го разряда (Б3);

Бетонщик 2-го разряда (Б1).

Инструмент, приспособления, инвентарь Кран башенный грузоподъемностью 5 т или гусеничный грузоподъемностью 10−15 т;

Пульт автоматического управления разогревом бетонной смеси;

Вибратор ИВ-55 — 2 шт.;

Бадья вместимостью 0,8 м с электродами — 4 шт.;

Строп двухветвевой грузоподъемностью 5 т (длина ветвей 5 м);

Скребок-шуровка;

Лопата совковая — 2 шт.;

Лом монтажный;

Гладилка ГБК-1 — 2 шт.;

Уровень строительный УС2−700;

Щетка стальная;

Молоток плотничный;

Метр стальной складной;

Отвес 0−400;

Сумка электрика ИН-3 с комплектом инструмента;

Ограждение длиной 32 м инвентарное с воротами.

Последовательность операций До начала работ необходимо:

• — установить опалубку и арматуру;
• — определить имеющиеся электрические мощности от сети с напряжением до 380 В или установить отдельный трансформатор ТМ-400 с включением в электрическую цепь не менее двух предохранителей (рубильника с соответствующим плавким предохранителем и магнитного пускателя);
• — подготовить специальную площадку с инвентарным ограждением и электроблокировкой на створках, а также смонтировать необходимое оборудование для электроразогрева бетонной смеси в четырех бадьях;
• — разместить у поста разогрева или в специально подготовленном помещении пульт управления с распределительным щитом и аппаратурой для дистанционного контроля за температурой в процессе разогрева бетонной смеси;
• — доставить на рабочее место бадьи, инструмент и приспособления;
• — обеспечить рабочих, занятых электроразогревом бетонной смеси и обслуживающих вибраторы, резиновыми сапогами и перчатками.

Рис. 3 Схема организации рабочего места: 1 — бадьи; 2 — настил; 3 — ограждение; 4 — ворота; 5 — щит управления; 6 — питающий кабель; 7 — силовой кабель; 8 — питающие провода; 9 — нулевой провод; 10 — заземляющее устройство; 11 — световой и звуковой сигналы

Прием бетонной смеси из самосвала в бадьи. Водитель подает самосвал с бетонной смесью задним ходом к бадьям, находящимся на приемной площадке, опрокидывает кузов самосвала и выгружает бетонную смесь одновременно в две бадьи. Б1, находясь на приемной площадке, следит за выгрузкой, очищает кузов от налипшей бетонной смеси и подает сигнал к отъезду машины. Затем подбирает бетонную смесь с площадки, забрасывает в бадьи и разравнивает ее лопатой между электродами бадей.

Проверка электроустановки; разогрев бетонной смеси. Э1 проверяет электроустановку, качество проводки и аппаратуры, устраняет обнаруженные дефекты. Затем подключает ток к двум бадьям, укрепляя клеммы проводов на электродах бадей, закрывает створки ограждения, включает рубильник и следит за показаниями приборов на щите управления. Через 8−10 мин (после разогрева бетонной смеси до установленной температуры) отсоединяет провода от двух первых бадей и подключает их к двум следующим, после чего также следит за разогревом бетонной смеси.

Проверка и крепление опалубки, очистка арматуры. Б2 и Б3 тщательно проверяют прочность опалубки, при необходимости дополнительно крепят ее и конопатят зазоры в щитах. Затем проверяют правильность установки арматурных каркасов и очищают стержни арматуры от грязи и ржавчины.

Подача бетонной смеси к месту укладки. После разогрева бетонной смеси до заданной температуры автоматически включается сигнализация на воротах зоны ограждения, указывающая на окончание разогрева и отключение напряжения. Б1 входит в зону, стропит бадью и подает команду машинисту крана переместить ее к месту укладки бетонной смеси. В таком же порядке подают остальные три бадьи.

Прием и укладка бетонной смеси в конструкцию (рис.4). Б2 и Б3 с настилов, уложенных по верху уступов фундаментов, или с навесных площадок, установленных на уровне верха подколонника, принимают и подводят бадью с бетонной смесью к месту выгрузки. Б3 открывает затвор, Б2 включает вибратор и равномерно распределяет выгружаемую бетонную смесь в уступы фундаментов или подколонник. Выгрузив бетонную смесь и закрыв затвор бадьи, Б2 подает сигнал машинисту крана, который перемещает бадью на приемную площадку. В таком же порядке принимают и разгружают остальные бадьи.

Рис. 4.

Прием и установка на место пустых бадей. Б1 принимает и устанавливает пустую бадью в горизонтальном положении в зоне загрузки бетонной смесью, после чего расстроповывает и подготовляет к следующей загрузке.

Уплотнение бетонной смеси (рис.5). Б2 и Б3 с рабочих настилов погружают вибраторы в повышенные участки уложенного слоя бетонной смеси и, перемещая их в сторону пониженной части слоя, уплотняют бетонную смесь до прекращения оседания и появления на ее поверхности цементного молока. Вибраторы держат вертикально или с наклоном не более 30°. Заполнив бетоном каждый уступ фундамента, Б2 и Б3 заглаживают открытые поверхности бетона гладилкой.

Рис. 5.

2. Доставка и разогрев бетонной смеси в кузове самосвала Исполнитель Электромонтажник 5-го разряда.

Инструмент, приспособления, инвентарь Установка УЭПБ-К;

Сумка электрика ИН-3 с комплектом инструмента.

Последовательность операций До начала работ необходимо:

• — определить имеющиеся электрические мощности от сети с напряжением до 360 В или установить отдельный трансформатор ТМ-400 с напряжением на низкой стороне 200 или 380 В;
• — подвезти к месту работ и подключить к источнику электропитания установку УЭП Б-К;
• — подготовить специальную площадку с инвентарным ограждением для разогрева бетонной смеси в самосвале;
• — проверить исправность аппаратуры, механизмов, сигнализации и вывесить предупреждающие знаки.

Установка самосвала на площадке под рамой с электродами (рис.6). Электромонтажник следит за установкой самосвала с бетонной смесью на площадку под раму с электродами.

Рис. 6.

Включение сигнализации и вибратора, опускание электродов в кузов с бетонной смесью и отключение вибратора (рис.7). Электромонтажник, убедившись, что водитель вышел из зоны ограждения, включает из операторской звуковую сигнализацию и вибратор, опускает консоль и погружает электроды в бетонную смесь. Как только ограничители достигнут днища кузова, электромонтажник отключает вибратор.

Рис. 7.

Разогрев бетонной смеси. Электромонтажник нажимает кнопку подачи электроэнергии, при этом зажигается красная лампочка на пульте и две — на углах ограждения. По показаниям приборов следит за температурой бетонной смеси и в нужный момент отключает подачу электроэнергии.

Подъем электродов; отключение сигнализации. Электромонтажник включает вибраторы и извлекает раму с электродами из кузова самосвала, после чего отключает звуковую сигнализацию.

Выезд самосвала с разогретой бетонной смесью. Электромонтажник включает зеленый свет, подавая тем самым сигнал, что разогрев окончен, и следит за выездом самосвала из зоны установки УЭПБ-К.