Бетоны. Бетоноведение

Технология бетона

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

При замерзании свежеуложенного бетона содержащаяся в нем свободная вода превращается в лед; активность воды, оставшейся в микропорах в жидком состоянии, резко падает; практически считают, что твердение прекращается при температуре 0°, хотя очень медленно оно продолжается и до —10°. Замерзающая вода из-за значительного увеличения объема развивает силы внутреннего давления, которые разуплотняют структуру неокрепшего бетона; кроме того, замерзшая вода образует на поверхности заполнителей ледяные пленки, нарушающие сцепление между заполнителями и раствором.

Если бетонную смесь заморозить сразу после укладки а опалубку, то она будет обладать прочностью при отрицательных температурах только за счет сил смерзания. При наступлении положительных температур гидратация цемента возобновится и бетон будет твердеть, но вследствие разуплотнения структуры прочность его значительно ниже прочности бетона того же состава, твердевшего без замораживания. Только бетон, набравший определенную прочность, может противостоять действию «морозных сил» без разрушения структуры и после оттаивания продолжить лабор прочности.

Конечные прочности бетона, подвергнутого замораживанию в различные сроки после укладки смеси и затем снова твердевшего в нормальных условиях, приведены на  55.

Из кривых набора прочности бетона после замораживания, построенных на основании большого количества экспериментов, следует: 1) бетон, .набравший в результате предварительного твердения прочность около 70% марочной, после замораживания .при последующем оттаивании продолжает твердеть, набирая нормальную марочную прочность; замораживание не вызвало в бетоне деструктивных изменений, а только из-за замерзания воды приостановило на время его твердение; 2) при замерзании бетона, предварительно набравшего 50% марочной прочности, деструкции замораживания еще невелики; бетон при оттаивании и последующем твердении теряет около 10% прочности; 3) замораживание, бетона до набора им 50% марочной прочности вызывает значительные потери конечной прочности после оттаивания и последующего твердения.

Прочность бетона, равная 50% марочной, принята за критическую, при достижении которой бетон может быть заморожен без ощутимого воздействия замораживания на свойства конструкции (ОНиП III-B 1-62). Для ответственных конструкций, например пролетных строений мостов, критическая прочность установлена в 70% марочной. За минимальное, значение критической прочности для низкомарочных бетонов принято 50 кГ/см2.

Таким образом, сущность зимнего бетонирования сводится к обеспечению набора критической прочности бетона до его замораживания. Для набора необходимой критической прочности при зимнем бетонировании применяют способы ускорения твердения   бетона,   связанные   с использованием внутреннего тепла бетона (способ термоса), подачей тепла извне (бетонирование в тепляках, паропрогрев, электропрогрев) и применением химических добавок — ускорителей твердения, одновременно понижающих температуру замерзания воды в бетоне (холодное бетонирование).

Целесообразность применения того или иного способа или их комбинации зависит от метеорологических условий, массивности конструкции, требуемой прочности и наличия энергоресурсов.

Использование внутреннего тепла бетона (способ термоса)

Сущность способа термоса заключается .в укладке нагретой бетонной смеси в утепленную опалубку. Времени до остывания смеси с учетом экзотермии цемента должно быть достаточно для набора бетоном критической прочности.

Обычно бетонную смесь приготовляют на воде, нагретой до 90°, и подогретых заполнителях, температура смеси на выходе из смесителя 35—45°. Большие значения температур нагрева смеси соответствуют менее активным цементам. За время транспортировки и укладки, в зависимости от темпе-ратуры% наружного воздуха, условий перевозки и укладки, температура бетонней смеси понижается еще на 5—10°.

Расчет режима остывания бетонной смеси может быть произведен по уравнению теплового баланса, предложенному Б. Г. Скрамтаевым.

Способ термоса целесообразно применять при бетонировании массивных конструкций. Для большей эффективности способа желательно использовать высокопрочные и быстро-твердеющие цементы, химические добавки и другие технологические мероприятия по ускорению твердения бетона.

Весьма перспективен электроразогрев бетонной смеси на стройплощадке до более высоких температур (70—90°), позволяющих проводить ее укладку в опалубку аналогично методу горячего формования железобетонных изделий.

Способы бетонирования с подачей тепла извне

К способам бетонирования с подачей тепла бетону извне относятся воздухопрогрев в тепляках, паропрогрев и электропрогрев, обеспечивающие твердение бетона до набора им критической прочности.

Устройство тепляков, ограждающих бетонируемую конструкцию,— самый старый и неэкономичный способ зимнего бетонирования, но в то же время и самый надежный. Тепляки делают из фанеры или брезента; для экономии тепла и материалов нужно, чтобы размеры тепляка были минимальными. Воздух в тепляке нагревается переносными печами, калориферами или при помощи временного парового отопления.

Паропрогрев бетона производится паровыми рубашками, охватывающими конструкцию с опалубкой. Обычно лаковые рубашки делают из утепленных деревянных щитов, прикрепляемых к опалубке. Щиты плотно подгоняют один к другому, а швы между ними закрывают «ащельниками либо промазывают глиной. В нижнюю часть паровой рубашки впускают насыщенный пар низкого давления. Температурный режим бетона в конструкции примерно должен соответствовать параметрам, принимаемым для пропаривания бетона при ускоренном твердении его в пропарочных камерах.

Паропрогрев вертикально расположенных элементов рационально производить в капиллярной опалубке, которая позволяет экономить лесоматериалы и теплоизоляцию. В капиллярной опалубке пар проходит по узким треугольным или прямоугольным каналам, создаваемым в щитах опалубки со стороны, обращенной к бетону, стесыванием кромок досок опалубки или выборкой у них четвертей и закрытием пазов полосками кровельной стали.

Иногда балки и колонны прогревают паром, пропускаемым по трубам диаметром 13—38 мм, укладываемым перед бетонированием в опалубку вдоль оси конструкции; после затвердевания бетона трубы остаются в конструкции.

В настоящее время паропрогрев бетона применяется редко г и почти повсеместно заменен электропрогревом.

Электропрогрев конструкций при зимнем бетонировании принципиально не отличается от электропрогрева, применяемого для ускорения твердения бетона. Электроды используют стержневые, струнные, нашивные и плавающие. Расположение электродов должно обеспечивать равномерность электрического, а следовательно, и температурного поля в бетоне.

Время выдерживания бетона при электропрогреве может быть разделено на три периода: 1) период разогрева со временем т! с плавным повышением температуры бетона от начальной t6H до изо?ермической расчетной; скорость подъема температуры в конструкциях с модулем поверхности менее 6 не должна превышать 8° в час, а с модулем поверхности более 6 10° в-час; 2) период изотермического выдерживания продолжительностью т2 с температурой tp; эта температура для бетонов на портландцементе не должна превышать 50—70°* 3) период термосного остывания продолжительностью тз с постепенным снижением температуры tp^Jio конечной te.io при которой начинается замерзание бетона. Скорость остывания бетона по окончании прогрева не должна превышать 12° в час для конструкций с модулем поверхности больше 10 и Б* в час для конструкций с модулем поверхности от 6 до 10.

Холодное бетонирование

Как было сказано, твердения бетона на морозе можно достигнуть введением в бетонную смесь   химических добавок, понижающих температуру замерзания воды и ускоряющих процессы твердения цемента при низких температурах.

Наиболее широко в нашей стране для холодного бетонирования применяют добавки хлористого кальция и хлористого натрия, углекислого калия (поташа) и азотистокислого натрия (нитрита натрия).

Наибольший опыт зимнего бетонирования накоплен при использовании совместной добавки хлористого кальция и хлористого натрия. Влияние хлористого кальция на ускорение твердения бетона было рассмотрено выше и связано с ускорением гидролиза C3S и образованием новых комплексных нерастворимых соединений в цементном тесте-камне. Хлористый натрий препятствует быстрому загустеванию смеси, пластифицирует ее, обеспечивает совместно с хлористым кальцием присутствие жидкой фазы в бетоне. Кроме того, хлористый натрий мешает образованию хлоралюминатов высоко-хлоридной формы, вредных на поздних стадиях твердения цементного камня.

Для бетонов с противоморозными добавками хлористых солей должны применяться портландцементы с содержанием алита более 45%, а трехкальциевого алюмината менее 10%, желательно также уменьшенное содержание в цементе четы-рехкальциевого алюмоферрита и гипса.

Основным недостатком хлористых солей является их корродирующее действие на арматуру в бетоне, поэтому в настоящее время для холодного бетонирования железобетонных конструкций чаще применяют добавки поташа и нитрита натрия.

Исследования по применению поташа для твердения строительных растворов и бетонов на морозе начаты в 1953 г. И. А. Токмаковой и др. и продолжаются в настоящее время.

Ускоряющее действие поташа на твердение бетона связано с диспергирующим действием иона СОз— на зерна цемента, отрицательной гидратацией иона калия, который понижает вязкость воды и усиливает ее взаимодействие с цементом, углублением гидролиза C3S вследствие связывания Са(ОН)2 в нерастворимое соединение СаС03. При использовании'поташа как противоморозной добавки наиболее эффективны среднеалюминатные портландцементы с отношением Si02:Al203 от 2 до 6.

Большим производственным недостатком поташа является быстрое схватывание бетонных смесей, в связи с чем такие смеси следует приготовлять не на централизованных бетонных узлах, а у места бетонирования.

П. Э. Риккертом предложена противомарозная добавка нитрита натрия. Ее действие также связано с интенсификацией гидролиза C3S и образованием комплексных соединений — гидронитроалюминатов кальция. Нитрит натрия — относительно более слабая противоморозная добавка, нежели хлориды и поташ.

Количество химических добавок, вводимых в бетонные смеси, зависит от температуры воздуха

Противоморозные добавки обеспечивают гидратацию цемента и твердение бетона, но при отрицательных температурах процессы идут медленно и бетон набирает критическую прочность примерно через месяц твердения на морозе

Свойства холодного бетона ниже, чем бетона, твердеющего в нормальных условиях. При равной прочности холодные бетоны обладают повышенной усадкой, имеют пониженные показатели .морозостойкости и водонепроницаемости. Поэтому приводимые в табл. 28 количества химических добавок являются предельными. При производстве работ необходимо стремиться к уменьшению количества вводимых в смесь добавок, что возможно при использовании метода «холодного термоса». Бетонную смесь с химическими добавками укладывают при температуре ее приготовления с утеплением опалубки, обеспечивающей твердение смеси до критической прочности при температурах выше температуры окружающего воздуха.

Применяя метод «холодного термоса», можно производить бетонирование конструкций при температурах: воздуха более > низких, чем указанные в табл. 28 предельные значения, соблюдая норму введения противоморозных добавок.

Правилами СНиП критическая прочность для бетонов с добавками хлористых солей установлена в 25% марочной, но не менее 50 кГ/см2. Для бетонов с добавками поташа и нитрита натрия критическая прочность такая же, как и для бетонов без добавок.

Способы холодного бетонирования используют для моно

литного бетонирования неответственных конструкций или

при изготовлении сборных железобетонных изделий зимой

на открытых полигонах.

Запрещается применение бетона с противоморозными добавками в предварительно налряженных конструкциях, в конструкциях, соприкасающихся с агрессивными водами, и при возведении монолитных железобетонных дымовых труб.

Бетон с добавкой хлористых солей нельзя применять: 1) в конструкциях, имеющих выпуски арматуры или стальные закладные детали; в конструкциях с защищенной арматурой добавка хлоридов должна быть не более 2% веса цемента; 2) в конструкциях, на поверхности которых не допускаются высолы; 3) в конструкциях, не допускающих повышенной их гигроскопичности.

Бетон с поташом запрещается использовать: 1) в конструкциях, работающих в условиях повышенной влажности, если срок службы конструкций выше десяти лет; 2) в конструкциях, имеющих закладные части из алюминия или его сплавов; 3) при наличии в бетоне реакционноспособного кремнезема в заполнителях (это требование распространяется и на бетон с добавкой нитрита натрия).