§ 4. Применение бетона в зимних условиях

В СССР были впервые разработаны методы круглогодичного строительства, позволяющие получить бетон высокого качества в холодное время года.

Применение бетона в зимних условиях при среднесуточной температуре ниже +5СС и минимальной суточной температуре ниже 0°С имеет ряд существенных особенностей. При пониженной температуре замедляется гидратация цемента, поэтому прочность бетона нарастает медленно. При температуре от — 3 до — 6°С вода в бетоне замерзает, практически прекращаются процессы гидратации вяжущего и твердения бетона. После оттаивания при наличии жидкой воды эти процессы возобновляются, и бетон продолжает увеличивать свою прочность (рис. 114).

Рис. 114. Влияние замораживания при температуре — 5°С на дальнейшее нарастание прочности бетона на портландцементе: 1 — заморожен через 1 сут нормального твердения; 2 — через 3 сут; 3 — через 7 сут; 4 — через 10 сут; 5 — нормальное хранение (по С. А. Миронову)

Вода в бетоне замерзает при температуре ниже 0°С, так как она содержит в растворенном виде гидрат окиси кальция и другие вещества.

Бетон, замороженный в раннем возрасте, т. е. вслед за укладкой, имеет после оттаивания и последующей выдержки рыхлую структуру, низкую прочность и морозостойкость. Это объясняется тем, что свежеуложенный бетон содержит много воды, которая при замерзании расширяется, разрыхляет цементный камень и нарушает сцепление заполнителя с цементным камнем. Поэтому зимнему бетону нужно создать самые хорошие тепловые и влажные условия начального твердения. Они помогут бетону быстро, за 2 — 3 сут, приобрести прочность около 8 — 12 МПа, позволяющую ему справиться с последующим замерзанием. К моменту замораживания бетон М200, M30Q должен приобрести не менее 40%, а бетон М400, М500 — не ниже 30% марочной прочности.

Бетон железобетонных конструкций с предварительно напряженной арматурой выдерживают до приобретения им 70% проектной прочности. Выдержка бетона до получения 100%-ной прочности требуется в тех случаях, когда предъявляются специальные требования по морозостойкости, водо- и газопроницаемости.

Способ термоса является самым экономичным способом твердения бетона в зимнее время. По этому способу теплую бетонную смесь укладывают в утепленную опалубку, после укладки и уплотнения смеси открытые поверхности бетона утепляют несгораемыми теплоизоляционными материалами. Поддержанию положительной температуры в бетоне способствует выделение тепла гидратации цемента. Поэтому желательно применять для зимнего бетона быстротвердеющий портландцемент, отличающийся не только быстротой твердения, но и высокой экзотермией.

Внутренний запас тепла в бетоне создают, применяя теплые бетонные смеси, приготовленные на подогретой до 60 — 90°С воде и подогретых до 40 — 60°С заполнителях; цемент не подогревают. Бетонная смесь при выходе из бетоносмесителя должна иметь температуру не выше 35 — 45°С во избежание ее быстрого загустевания, а смесь на глиноземистом цементе — не выше 25°С. Транспортируют бетонную смесь в предварительно прогретых кузовах бетоновозов и таре, укрывают смесь теплоизоляционным материалом.

Область применения экономичного способа термоса значительно расширяется, если его сочетать с электроразогревом бетонной смеси перед ее укладкой в опалубку.

Электроразогрев бетонной смеси до температуры 70 — 80°С осуществляют в специально оборудованных для этого бункерах (рис. 115, 116) и бадьях, а также в кузовах автомобилей; в процессе разогрева смеси емкость должна соединяться с проводом, идущим к защитному заземлению, Разогрев производят на огороженной площадке с соблюдением правил охраны труда.

Использование электрического тока для прогрева бетона позволяет избежать этих недостатков. Однако электропрогрев эффективен только при строгом контроле за процессом прогрева и осуществлением мероприятий по охране труда.

Неармированные бетонные конструкции могут прогреваться при напряжениях до 380 В, так как исключается возможность короткого замыкания на арматуру. Электропрогрев бетона производят с соблюдением правил охраны труда. В частности, его прекращают в сырую погоду; допускаемое напряжение снижается до 60 В, если в данном месте ведутся другие работы.

При использовании любого способа прогрева бетона температура бетонной смеси, уложенной в опалубку, перед прогревом должна быть не ниже +5°С. Нагревают бетон постепенно во избежание высушивания и появления трещин со скоростью 8 — 15°С в 1 ч и доводят температуру до 60 — 80°С в зависимости от вида применяемого цемента и модуля поверхности. По мере твердения влажность бетона снижается, электрическое сопротивление возрастает, поэтому напряжение приходится постепенно повышать. В течение 1,5 — 2 сут прогрева бетон приобретает 50 — 60% проектной прочности. Остывание монолитного бетона после прогрева тоже должно быть постепенным — со скоростью 5 — 10°С в 1 ч.

Индукционный прогрев густоармированных монолитных конструкций избавляет от опасности замыкания электродов на арматуру, его применяют для каркасных конструкций, возводимых в металлической и неметаллической опалубке. Однако количество тепла, выделяемого в конструкции с металлической опалубкой, будет больше, так как здесь увеличивается площадь источников тепла. При индукционном прогреве вокруг обогреваемой конструкции укладывают индуктор — витки изолированного провода. У торцов конструкции, соприкасающихся с холодным воздухом, витков больше, чтобы компенсировать потери тепла. Для сохранения тепла поверхности укрывают теплоизоляционным материалом. Скорость индукционного разогрева конструкций с модулем поверхности от б до 10 равна 5 — 10°С, а продолжительность прогрева зависит от требуемой прочности бетона.

Индукционный прогрев бетона выгодно отличается от электропрогрева: не нужно тратить металл на электроды, более равномерный прогрев бетона, поэтому качество бетона густоармированных каркасных монолитных конструкций более высокое.

Обогрев инфракрасными лучами применяют при зимнем бетонировании монолитных железобетонных конструкций и при заделке стыков раствором и бетоном. Для обогрева бетона применяют генераторы инфракрасного излучения в виде стержней и трубок, нагреваемых до 600 — 1000°С. Поверхность конструкции покрывают влагонепроницаемой (например, полиамидной) пленкой, предотвращающей испарение воды из бетона. Синтетическая пленка хорошо пропускает инфракрасные лучи (поглощение не превышает 5 — 10%). Данный метод привлекает простотой генерирования инфракрасного излучения, возможностью направлять поток излучения рефлекторами. Однако прогрев лучистой энергией действует на слой бетона толщиной 15 — 20 см, поэтому он пригоден для сравнительно тонких монолитных конструкций. При бетонировании массивных и железобетонных конструкций инфракрасный прогрев можно использовать как своеобразную тепловую защиту в сочетании с методом термоса.

Безобогревный метод зимнего бетонирования (или метод «холодного» бетона) отличается простотой и дешевизной. Бетонную смесь приготовляют на воде, в которой растворены соли, понижающие температуру ее замерзания и ускоряющие твердение бетона, поэтому свежеуложенный бетон не замерзает даже при сильном морозе, на холоде продолжаются химические реакции гидратации цемента, и бетон набирает прочность. Лучшими противоморозными добавками являются хлористые соли натрия и кальция, которые рекомендуется применять одновременно, а также поташ (К2СО3) и нитрит натрия (NaNCb). Понижение температуры замерзания воды затворения пропорционально концентрации растворенного вещества в растворе. Поэтому оптимальная добавка соли возрастает при усилении морозов (табл. 36).

Таблица 36 Количество противоморозных добавок, % от массы цемента

Раствор солей — электролитов усиливает коррозию стальной арматуры, поэтому бетоны с противоморозными добавками нельзя применять в предварительно напряженных конструкциях.

Сильные электролиты NaCl и СаСг можно использовать только в конструкциях неармированных или армированных нерасчетной арматурой с защитным слоем не менее 5 см. Добавки же поташа и нитрита натрия можно использовать при бетонировании как бетонных, так и обычных железобетонных монолитных конструкций. Хлористые соли и поташ сильно ускоряют схватывание бетонной смеси, поэтому нередко эти добавки сочетают с замедлителями схватывания портландцемента.