Тема 17 производство бетонных и железобетонных работ в зимних условиях Рассматриваемые вопросы:

17.1. Механизм твердения бетона при отрицательных температурах. Критическая прочность бетона.

17.2. Особенности приготовления бетонной смеси, ее транспортирования и укладки.

17.3. Методы выдерживания бетона в зимних условиях.

17.4. Применение бетонов с противоморозными добавками.

Тематика вопросов контрольного тестирования:

1. Особенности формирования структуры бетона в зимних условиях.

2. Что такое и чему равна критическая прочность?

3. Какие обязательные условия должны соблюдаться для бетонов, твердеющих в зимних условиях?

4. Основные требования к бетонным смесям при их приготовлении.

5. Особенности приготовления бетонных смесей в зимних условиях.

6. Особенности транспортирования бетонных смесей.

7. Особенности подготовки опалубки и укладки, распалубливания бетона.

8. Основные методы выдерживания бетона в зимних условиях.

9. Выбор метода выдерживания бетона по модулю поверхности.

10. Как обеспечить твердение бетона методом «термоса»?

11. Особенности использования метода «термоса» с химическими добавками.

12. Особенности использования «горячего термоса».

13. Особенности использования искусственного прогрева и нагрева бетона.

14. Особенности использования электропрогрева бетона.

15. Разновидности электропрогрева бетона в зимних условиях.

16. Особенности использования контактного способа обогрева.

17. Особенности использования инфракрасного нагрева бетона.

18. Особенности использования индукционного и конвективного нагрева бетона.

19. Особенности бетонирования конструкций в тепляках.

20. Какие противоморозные добавки используются при бетонировании конструкций?

21. Требования к условиям бетонирования при использовании противоморозных добавок.

22. Особенности использования холодных бетонов.

17.1. Механизм твердения бетона при отрицательных температурах. Критическая прочность бетона

Понятие «зимние условия» в технологии монолитного бетона и железобетона несколько отличается от общепринятого – календарного. Зимними считаются условия бетонирования при установлении среднесуточной температуры наружного воздуха не выше 5 °С или при опускании в течение суток минимальной температуры ниже 0 °С. Формирование прочностных характеристик бетона в зимних условиях имеет свои особенности. Основной проблемой является замерзание в начальный период структурообразования бетона несвязной воды затворения.

Как известно, бетон является искусственным камнем, получаемым в результате твердения рационально подобранной смеси цемента, воды и заполнителей. Согласно современным представлениям, образование и твердение цементного камня проходят стадии формирования коагуляционной и кристаллических структур.

В стадии образования коагуляционной (связной) структуры вода, обволакивая мелкодисперсные частицы цемента, образует вокруг них, так называемые, сольватные оболочки, которыми частицы сцепляются друг с другом. По мере гидратации цемента процесс переходит в стадию кристаллизации. При этом в цементном тесте возникают мельчайшие кристаллы, превращающиеся затем в сплошную кристаллическую решетку. Этот процесс кристаллизации и определяет механизм твердения цементного камня и, следовательно, нарастания прочности бетона.

Ускорение или замедление процесса образования и твердения цементного камня зависит от температуры смеси и адсорбирующей способности цемента, определяемой его минералогическим составом.

По мере повышения температуры увеличивается активность воды, содержащейся в бетонной смеси, ускоряется процесс ее взаимодействия с минералами цементного клинкера, интенсифицируются процессы формирования коагуляционной и кристаллической структуры бетона. При снижении температуры, наоборот, все эти процессы затормаживаются, и твердение бетона замедляется.

Для твердения цементного камня наиболее благоприятная температура от 15 до 25 °С, при которой бетон на 28-е сутки практически достигает стабильной прочности. При отрицательных температурах вода, содержащаяся в капиллярах и теле, замерзая, увеличивается в объеме примерно на 9 %. В результате микроскопических образований льда в бетоне возникают силы давления, нарушающие образовавшиеся структурные связи, которые в дальнейшем при твердении в нормальных температурных условиях уже не восстанавливаются. Кроме того, вода образует вокруг крупного заполнителя обволакивающую пленку, которая при оттаивании нарушает сцепление – монолитность бетона. При раннем замораживании по тем же причинам резко снижается сцепление бетона с арматурой, увеличивается пористость, что влечет за собой снижение его прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

При оттаивании замерзшая свободная вода вновь превращается в жидкость и процесс твердения бетона возобновляется. Однако из-за ранее нарушенной структуры конечная прочность такого бетона оказывается ниже прочности бетона, выдержанного в нормальных условиях, на 15…20 %. Особенно вредно попеременное замораживание и оттаивание бетона.

Прочность, при которой замораживание бетона уже не может нарушить его структуру и повлиять на его конечную прочность, называют критической.

Величина нормируемой критической прочности зависит от факторов, включающих тип монолитной конструкции, класс примененного бетона, условия его выдерживания, срока приложения проектной нагрузки к конструкции, условий эксплуатации, и составляет:

• для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой – 50 % проектной прочности;

• конструкций с предварительно напрягаемой арматурой – 80 % проектной прочности;

• конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию или расположенных в зоне сезонного оттаивания вечномерзлых грунтов, – 70 % проектной прочности;

• конструкций, нагружаемых расчетной нагрузкой, – 100 % проектной прочности;

• для ненесущих конструкций – критическая прочность должна быть не ниже 5 МПа (50 кгс/см²).

Таким образом, при бетонировании в зимних условиях технологическая задача в основном заключается в использовании таких методов ухода за бетоном, которые обеспечили бы достижение предусмотренных проектом конечных физико-механических характеристик (прочность, морозостойкость и др.) или критической прочности при соответствующем технико-экономическом обосновании принятых решений и при обязательном выполнении следующих мероприятий:

• применение бетонных смесей с водоцементным отношением до 0,5;

• приготовление бетона на высокоактивных и быстротвердеющих портланд- и шлакопортландцементах, других вяжущих, в частности магнезиальных, обладающих рядом совершенно уникальных свойств, в том числе твердением при отрицательных температурах;

• использование добавок-ускорителей твердения бетона;

• подогрев воды и заполнителей;

• в отдельных случаях увеличение расхода цемента или повышение марки цемента относительно проектной.