Особенности бетонирования в зимних условиях

Общие сведения

Возведение монолитных железобетонных сооружений в настоящее время осуществляют круглогодично. Но при этом бетонирование в зимних условиях имеет существенные особенности.

Понятие «зимние условия» при производстве бетонных работ отличается от календарного. Принято считать, что зимние условия для конкретной стройки начинаются тогда, когда среднесуточная температура наружного воздуха снижается до +5° С, а в течение суток наблюдается ее падение ниже нуля.

При температуре ниже 0°С в бетоне прекращаются процессы гидратации, т. е. взаимодействие минералов цемента с водой. При этом твердение бетона приостанавливается, так как бетон замерзает, превращаясь в монолит, прочность которого обусловливается силами смерзания. В бетоне появляются внутренние напряжения, которые вызываются увеличением объема свободной воды примерно на 9% при замерзании. Эти напряжения разрывают неокрепшие адгезионные связи между отдельными компонентами бетона, снижая его прочность. Свободная вода, замерзая на поверхности зерен заполнителей в виде тонкой пленки, препятствует сцеплению цементного теста с заполнителем. Это также ухудшает прочностные свойства бетона.

После оттаивания бетона твердение его при положительной температуре возобновляется, но прочность оказывается ниже проектной, т. е. той, которая была бы достигнута при твердении в нормальных условиях. Снижаются и другие свойства бетона: плотность, долговечность, сцепление с арматурой и т. д. Свойства бетона ухудшаются тем значительнее, чем раньше после укладки произошло его замерзание.

Если бетон к моменту замерзания наберет определенную прочность, то отрицательное влияние замораживания на его свойства невелико: после оттаивания прочность бетона может достигнуть проектной. В этом случае адгезионное сцепление между цементным тестом и заполнителем значительно больше внутренних напряжений. Поэтому вероятность деформаций в контактной зоне меньшая.

Минимальную прочность бетона к моменту его замерзания, достаточную для достижения им после оттаивания проектной прочности, называют критической. Эта прочность для бетонов марок ниже 200 в конструкциях с ненапрягаемой арматурой должна быть не менее 50% проектной и не ниже 50 кгс/см². Для бетонов марок 200 и 300 она составляет 40%, а для бетонов марок 400 и 500 — 30% от 28-дневной прочности (R₂₈).

Критическая прочность бетона в предварительно напряженных конструкциях должна быть не ниже 70% проектной. Если конструкции предполагается нагружать в зимний период, то к моменту замораживания прочность бетона в них должна достигнуть 100% от проектной.

Для получения в зимних условиях бетона хорошего качества необходимо обеспечить для него такой температурно-влажностный режим, при котором физико-химические процессы твердения не нарушаются и не замедляются. Продолжительность поддерживания такого режима должна обеспечивать достижение критической или проектной прочности.

В зависимости от характера выдерживания бетона способы зимнего бетонирования подразделяют на две группы: безобогревные и обогревные. К безобогревным способам относится бетонирование в тепляках, метод термоса, применение бетонов с противоморозными добавками и «холодных» бетонов. К обогревным относят методы искусственного подогрева бетона с применением электричества, пара или горячего воздуха. Способ бетонирования для конкретного объекта выбирают после технико-экономического сравнения вариантов с учетом темпа бетонирования, местных ресурсов и возможностей.

В зимних условиях наряду с созданием оптимальной тепловлажностной среды для выдерживания бетона применяют ряд специальных приемов обеспечения требуемой температуры бетонной смеси в процессе ее приготовления, а также по предохранению охлаждения смеси при ее транспортировании и укладке.

Подготовка к бетонированию

При планировании работ на зимний период следует предусматривать изготовление таких конструкций и сооружений, бетонирование которых зимой не вызывает больших дополнительных затрат. Как правило, это массивные, толстостенные конструкции. Бетонировать ажурные и тонкостенные конструкции предпочтительнее летом.

Работы положено выполнять в соответствии с проектами производства работ или технологическими картами. Последние должны содержать сведения по утеплению опалубки, технологическим параметрам укладываемой бетонной смеси, методам ее подачи, укладки и уплотнения. Особое внимание при разработке ППР должно быть уделено режимам выдерживания уложенного бетона.

В процессе подготовки к зимнему бетонированию на объекте прокладывают дополнительные электросети, налаживают трансформаторное хозяйство, утепляют бетоносмесительные установки, галереи транспортеров и трубопроводов, готовят к работе зимой транспорт, крановое оборудование и оснастку. Нужно также по-полнить-запасы противоморозных добавок и принять меры по защите оснований под фундаменты от промерзания.

Приготовление бетонной смеси

В зимних условиях приготовление бетонной смеси осложняется в результате смерзания и охлаждения заполнителей, наличия в них снега и наледи, необходимости подогревать заполнители и воду, вводить в смесь противоморозные добавки и т. п. Перед погрузкой в бетоносмеситель крупные смерзшиеся комья песка и гравия должны быть разрыхлены.

Температура бетонной смеси в момент укладки ее в опалубку колеблется в значительных пределах в зависимости от способов выдерживания. Так, минимально необходимая температура при выдерживании бетона по методу термоса 25°С, для бетонов с противоморозными добавками — не менее 5°С, при использовании электропрогрева — не ниже 5°С.

Следует помнить, что при транспортировании и укладке бетонная смесь интенсивно охлаждается. Хотя кажется естественным, что чем выше температура смеси на выходе из бетоносмесителя, тем лучше, однако это не так. При высокой температуре бетонная смесь во время транспортирования из-за быстро происходящей коагуляции загустевает, т. е. теряет свою подвижность. Опытным путем установлена наибольшая допускаемая температура бетонной смеси при выходе из смесителя в зависимости от вида цемента.

Для получения требуемой температуры смеси воду затворения подогревают до 40—90°С. Иногда подогревают заполнители до температуры 20—60°С. Цемент и тонкомолотые добавки вводят без подогрева.

При использовании подогретой воды во избежание «заваривания» цемента, т. е. его скомкования, сначала загружают щебень или гравий с одновременной подачей половины требуемой воды, затем делают несколько оборотов барабана и загружают песок, цемент и заливают остальную часть воды. Противоморозные добавки вводят в виде концентрированных растворов непосредственно в бетоносмеситель или в воду затворения.

Продолжительность перемешивания компонентов в зимних условиях увеличивают в 1,5—2 раза по сравнению с летними для получения более однородной бетонной смеси.

В зимних условиях следует использовать менее подвижные бетонные смеси, так как большое количество свободной воды в бетоне отрицательно сказывается на его свойствах.

На выходе из бетоносмесителя нужно вести систематический контроль за осадкой конуса и температурой бетонной смеси.

Транспортирование и подача бетонной смеси

В зимних условиях транспортировать и подавать бетонную смесь следует с наименьшим числом перегрузок, чтобы снизить ее теплопотери. Для перевозок бетонной смеси применяют специально оборудованные транспортные средства. Так, кузова автосамосвалов оборудуют двойными бортами и дном и через образовавшийся зазор пропускают горячие отработанные газы от двигателя. Часть газов пропускают через трубы в верхней части кузова. Направляют их так, чтобы над бетоном образовывалась непрерывная тепловая завеса. При температуре наружного воздуха ниже —15° С кузов дополнительно накрывают брезентом или откидными утепленными крышками.

В автобетоновозах и автобетоносмесителях бетонная смесь меньше охлаждается в связи с уменьшением ее открытой поверхности.

Максимальную дальность перевозки бетонной смеси при температуре наружного воздуха ниже —15° С сокращают на 30—50% по сравнению с летними условиями.

Для бесперебойной подачи бетонной смеси в блок бетонирования необходимо правильно подобрать механизмы и тару, которая с целью снижения теплопотерь должна быть по возможности крупной и хорошо утепленной.

В тех случаях, когда смесь из автобетоновозов разгружают в промежуточные бункера, их утепляют и обогревают паром или электричеством. При этом во избежание «прикипания» смеси к стенкам бункеров температура их, внутренних поверхностей не должна превышать величин, приведенных в табл. 16-2.

Бадьи для подачи смеси обшивают снаружи фанерой по войлоку и снабжают утепленными крышками. При сильных морозах их периодически прогревают паром.

Бетононасосы устанавливают в теплых помещениях. При. морозах до —10°С звенья бетоноводов обворачивают войлоком или шлаковатой. Быстроразъемные замковые соединения бетоноводов утепляют съемными муфтами из мешковины, шлаковаты или пенополистирола. При более низких температурах магистральный бетоновод прокладывают в утепленном коробе, в котором укладывают «спутник» (паропровод). Перед началом работ бетоновод прогревают острым паром или горячей водой.

Промывку бетононасоса и бетоноводов ведут горячей водой, а при ее отсутствии бетоновод прочищают с помощью пыжа, проталкиваемого сжатым воздухом.

При разборке звенья бетоновода очищают скребками, металлическими щетками или пыжами из мешковины, но не промывают во избежание образования в них наледи.

Ввиду того что при подаче бетонной смеси по виброжелобам и транспортерами ее теплопотери увеличиваются, виброжелоба и открытые транспортеры применяют в исключительных случаях для перемещения смеси на небольшие расстояния.

Магистральные транспортеры для подачи бетонной смеси помещают в обогреваемые галереи. В зимних условиях температуру бетонной смеси систематически контролируют в каждом автобетоновозе при порционной подаче и не реже чем через каждые 30 мин при непрерывной подаче.

Укладка и уплотнение бетонной смеси

На качество бетона сильно влияет состояние основания, на которое его укладывают. Важно исключить раннее замораживание бетона в стыке с основанием и последующие деформации пучинистых грунтов в основаниях.

До начала бетонирования фундаментов пучинистые грунты отогревают паром, огневым способом или с помощью электричества. Непучинистые грунты не прогревают, если их влажность не превосходит 10% по массе. Температура укладываемой смеси должна быть как минимум на 10° С больше, чем температура грунта в основании. Для холодного бетона это требование можно не соблюдать.

При укладке бетонной смеси на ранее уложенный и замерзший бетон его отогревают на глубину не менее 400 мм и предохраняют от промерзания до приобретения свежим бетоном критической прочности. При укладке холодного бетона ранее уложенный бетон в стыке можно не отогревать.

Перед бетонированием проверяют состояние опалубки и арматуры и очищают их от наледи и снега. Для этого блок бетонирования накрывают брезентом и под него впускают острый пар. После отогрева блок продувают сжатым воздухом. Применять для этой цели горячую воду не следует во избежание появления наледи. В последнее время очистку блоков с густым армированием ведут продувкой отработанными газами от авиамоторов, отработавших нормативный ресурс (снятых с самолетов). С этой же целью используют мощные тепловые калориферы и т. п.

При морозах ниже —15° С арматуру из стержней диаметром более 25 мм и прокатных профилей следует отогревать до 5° С, чтобы обеспечить хорошее сцепление бетона с арматурой. С этой же целью выступающие за пределы утепленной опалубки металлические элементы после отогрева утепляют на длине не менее 1,5 м от блока.

Для уменьшения теплопотерь бетонную смесь укладывают небольшими участками по длине и ширине, чтобы ранее уложенные слои быстрее перекрывались новыми и температура бетона не успевала падать ниже расчетной. С этой же целью толщину укладываемых слоев принимают максимально допустимой по условиям виброуплотнения. Высоту свободного падения бетонной смеси рекомендуется принимать не более 1—1,5 м.

Бетонирование следует вести круглосуточно без перерывов, так как подготовка замерзших рабочих швов весьма трудоемка и не всегда обеспечивает необходимое качество. При укладке бетона с «изюмом» или камнебетона камни, предназначенные для упаковок, нужно очистить от снега и наледи и отогреть до температуры не ниже 0°С.

Виброуплотнение бетонной смеси производят обычными способами. Более тщательно вибрируют бетон в рабочих швах, углах блоков и у опалубки.

Открытые поверхности свежеуложенного бетона сразу же по окончании бетонирования укрывают слоем утеплителя (шлаковатой, опилками по слою толя и т. п.) для предохранения верхних слоев бетона от раннего замораживания и последующего разрушения.