Содержание
Эта статья взята из журнала Технологии Бетонов №1-2, 2019 г "Особенности зимнего бетонирования". Автор — В.Д. СТАРОВЕРОВ, канд. техн. наук, доцент кафедры технологии строительных материалов и метрологии СПбГАСУ.
Статья написана совместно с технологами нашей компании — Д.М. ШВАБ, И.И. СОКОЛОВ и Д.О. ПОПОВ.
В настоящей статье раскрываются основные требования по уходу за монолитными бетонными конструкциями, возводимыми в зимний период. Перечисляются основные проблемы, с которыми сталкиваются строители на объектах. Описываются электрофизические свойства “зимних” бетонных смесей, оказывающие существенное влияние на выбор режима электропрогрева.
Почему возникают проблемы при бетонировании при отрицательных температурах
С внедрением в строительную отрасль результатов научных исследований, технико-технологических разработок на основе обобщения практического опыта и современных материалов возведение монолитных зданий и сооружений перешло от сезонного характера к круглогодичному процессу, что дало возможность обеспечивать ускоренные темпы ввода в эксплуатацию объектов капитального строительства.
Однако стоит отметить, что до сих пор сохраняются определенные проблемы строительства зданий из монолитного бетона и железобетона. Хотя очевидно, что качество и безопасность монолитных бетонных и железобетонных конструкций, возводимых при отрицательных температурах, зависят от соблюдения технологии производства работ.
По результатам обобщения результатов натурных наблюдений установлено, что бетон различных зон монолитных конструкций неравномерно прогревается при тепловой обработке, часто в периферийных зонах фиксируется преждевременное замораживание. Также известно, что распределение температуры по сечению монолитных конструкций, выдерживаемых в зимних условиях, происходит неравномерно.
При отрицательных температурах в свежеуложенном бетоне не прореагировавшая с цементом вода переходит в твердое состояние, что влечет за собой прекращение химических реакций с безводными минералами цемента, гидратация останавливается, бетон перестает набирать прочность. Одновременно с этим в бетоне развиваются внутренние напряжения из-за давления льда, вызванные его увеличением в объеме (примерно 9%). В этом случае при раннем замораживании бетона малопрочные кристаллогидратные связи разрушаются под давлением льда. В дальнейшем, при оттаивании, вода вновь участвует в реакциях, набор прочности бетона возобновляется, однако разрушенные связи в бетона полностью не восстанавливаются.
Также необходимо обратить внимание на то, что замораживание свежеуложенного бетона сопровождается образованием вокруг арматуры и заполнителя ледяных прослоек, отжимающих цементное тесто от арматуры и заполнителя, что приводит к частичной или полной потере сцепления между этими структурными элементами и формирующейся матрицей.
В совокупности перечисленные процессы приводят к деградации физико-механических характеристик бетона, потере жесткости и несущей способности конструктивных элементов.
Методы зимнего бетонирования
Очевидно, что для решения данной проблемы необходимо обеспечить условия, при которых бетон успеет набрать “критическую” прочность. Поэтому для обеспечения требуемого темпа набора прочности бетона в зимнее время необходимо создавать условия, при которых активизируются протекающие гидратационные процессы.
Известен ряд методов зимнего бетонирования. К наиболее применяемым относятся:
— использование бетонов с противоморозными добавками;
— технологии тепловой обработки (электропрогрев или использование различных теплоносителей);
— технология предварительного разогрева бетонной смеси.
В последнем случае необходимо дополнительно учитывать положения
СП 70.13330.2012 (табл. 1), ограничивающие температуру бетонной смеси.
Также необходимо учитывать при зимнем бетонировании эффект саморазогрева бетона за счет экзотермии цемента. В этом случае для зимней бетонной смеси целесообразно переходить на бездобавочные портландцементы, нежелательно применять цементы с большим содержанием минеральных добавок, которые медленно твердеют при пониженных температурах и требуют большего расхода энергии при тепловой обработке. Одновременно с этим расход цемента должен быть увеличен. При этом переизбыток цемента и нарушения режима термообработки бетона приводят к перегреву бетона и, как следствие, образованию трещин, снижающих несущую способность конструкции.
Выбор температурно-влажностного режима выдерживания бетона в зимних условиях осуществляется на основе экономическо-технологической целесообразности (табл. 2) из нижеперечисленных методов:
— способом термоса. Следует применять при обеспечении начальной температуры уложенного бетона в интервале от 5 до 10 о С и последующем сохранении средней температуры бетона в этом интервале в течение 5-7 сут;
— с применением противоморозных добавок;
— с электротермообработкой бетона (электродный прогрев, индукционный прогрев и электрообогрев с применением различного рода электронагревательных устройств);
— с обогревом бетона горячим воздухом, в тепляках.
Для получения высокого качества железобетона необходимо строго соблюдать температурный режим прогрева, который разделяют на три стадии:
— регулируемая скорость подъема температуры;
— изотермическая выдержка, продолжительность которой зависит от вида конструкции (прогревают до получения необходимой прочности бетона). Как правило, на стадии изотермического прогрева достигается критическая прочность бетона (табл. 3);
— регулируемая скорость остывания конструкции (табл. 4) с последующим снятием опалубки с учетом разности температуры наружных слоев бетона и воздуха.
Среди методов электротермообработки выделяют электродный прогрев, индукционный прогрев, электрообогрев с применением различного рода электронагревательных устройств.
Наиболее широко применяется электродный прогрев. Нагрев бетона осуществляется теплотой, выделяемой электрическими проводами с высоким сопротивлением. Нагревательные провода, как правило, заложены непосредственно в массив монолитной железобетонной конструкции для нагрева ее изнутри. Электроды или греющие провода подключают к сети после укладки и уплотнения бетонной смеси.
Как правило, электродный прогрев следует производить до приобретения бетоном не более 50% проектной прочности. Если требуемая прочность бетона превышает эту величину, то дальнейшее выдерживание бетона следует обеспечивать методом термоса.
Для защиты бетона от высушивания при электродном прогреве и повышения однородности температурного поля в бетоне при минимальном расходе электроэнергии должна быть обеспечена надежная тепло-влагоизоляция поверхности бетона.
Следует особо обращать внимание на то, что длительность изотермического прогрева устанавливается строительной лабораторией на основе испытаний конкретных составов бетона при конкретных температурно-временных условиях. Как правило, полученные еще в СССР обобщенные зависимости не являются точными.
Суммируя практический опыт, можно констатировать, что до сих пор основными проблемами при зимнем бетонировании остаются отсутствие контроля температуры твердения бетона (соответственно, и контроля прочности в этот период) и нарушение технологии прогрева бетона в монолитных конструкциях.
Несомненно, в построечных условиях при низких температурах затруднительно организовать надлежащий контроль динамики набора прочности бетона в режиме реального времени. В связи с чем и возникает проблема установления точного времени, за которое бетон набирает заданную прочность, и когда можно прекратить прогрев. Одним из вариантов решения этого вопроса может стать разработка новой конструкции опалубки с наличием технологических отверстий, обеспечивающих возможность доступа к конструкции для проведения неразрушающего контроля до момента снятия опалубки.
Стоит особо обратить внимание на один из аспектов нарушения технологии прогрева — проблему “горящих” электродов. Довольно часто встречающееся явление наблюдается при переходе с “летних” составов бетона на “зимние”, когда в бетонную смесь вводятся новые компоненты — противоморозные добавки (ПМД). Объясняется это изменением электрофизических и теплофизических свойств бетонных смесей. Тем более, что при введении ПМД температура бетонной смеси при ее укладке в опалубку может быть снижена, что закономерно приводит к значительному росту ее электрического сопротивления. К примеру, при температуре свежеуложенного бетона 5 о С его удельное сопротивление может достигнуть 1000 Ом*м. При температуре около 0 о С его удельное электрическое сопротивление возрастает до (30-40) Ом*м, в то время как при обычных условиях эта величина составляет (4-25) Ом*м. Очевидно, что это создает проблемы в начальный период прогрева бетона, вызванные необходимостью повышать напряжение тока с последующей корректировкой. Одновременно с этим, при повышении температуры бетона при электродном прогреве происходит испарение влаги, что также приводит к росту величины удельного электрического сопротивления. В этом случае, электрический ток установленного напряжения не может преодолеть такое сопротивление, и напряжение нужно увеличивать.
Таким образом, в процессе ухода за бетоном необходимо постоянно контролировать и корректировать электрическое напряжение. Без учета изменяющихся электрофизических параметров бетона при его прогреве, может возникнуть повышенная плотность тока в приэлектродной зоне, которая приводит к “выгоранию” стали и “вскипанию” бетона в контактном слое.
Очевидно, что только лабораторным путем можно установить для бетонов конкретных составов их электрофизические параметры (электрическое сопротивление и проч.), которые будут являться расчетными для определения режима электропрогрева. Для подтверждения этого были проведены эксперименты по установлению зависимости “состав бетонной смеси — электропроводность”.
В составах бетонной смеси были использованы цементы разных производителей и различные типы добавок (и их сочетание): ST 3.0.5 (СТ 3.0.5) — комплексный суперпластификатор на основе поликарбоксилата для товарных бетонных и растворных смесей; ST Antifreeze AF (СТ Антифриз АФ) — противоморозная добавка для бетонов и растворов, обладающая эффектом ускорения твердения; ST Antifreeze AF 4 (СТ Антифриз АФ 4 )- противоморозная добавка для бетонов и растворов на основе многоатомных спиртов; ST Antifreeze AF 8 (СТ Антифриз АФ 8) — противоморозная добавка на основе комплекса солей и веществ, увеличивающих скорость гидратации; ST Antifreeze AF 8.1 (СТ Антифриз АФ 8.1) — противоморозная добавка на основе комплекса солей соляной кислоты и ингибиторов коррозии.
Для проведения исследований была изготовлена экспериментальная установка, позволяющая измерить электропроводность бетонной смеси. Она представляет собой кубическую емкость размером 20х20х20 см, куда укладывалась и уплотнялась на лабораторном вибростоле бетонная смесь (табл. 5) в объеме 7 литров. Две противоположные грани формы выполнены из металла для обеспечения токопроведения. К этим граням подсоединяли клеммы для подачи напряжения 220В; через 5 минут измерялись сила тока и температура свежеуложенного бетона. Полученные результаты приведены в таблице 5.
Результаты определения электропроводности бетонной смеси приведены на рис.1.
Очевидно, что при переходе на “зимнее” бетонирование и особенно в случае применения в бетонных смесях противоморозных добавок необходимо уточнять фактический режим электропрогрева, оперативно регулируя его на этапе подъема температуры.
Остались вопросы? Свяжитесь с нами!
Телефон: 8 (800) 555 29 32
Подпишитесь на нашу email-рассылку, чтобы не пропускать новые статьи!
Технология строительных процессов.
Методы выдерживания бетона в зимних условиях.
Бетонирование монолитных конструкций в зимних условиях, осуществляемое при ожидаемой среднесуточной температуре наружного воздуха ниже + 5°С и минимальной суточной температуре ниже 0°С, должно производиться с обеспечением твердеющему бетону оптимальных температурно-влажностных условий. С этой целью предусматриваются утепление опалубки, укрытие неопалубленных поверхностей монолитных конструкций гидро- и теплоизолирующими материалами, устройство ветрозащитных ограждений и другие мероприятия, направленные на сохранение тепла, содержащегося в уложенном бетоне. Кроме того, СНиП 3.03.01-87 "Несущие и ограждающие конструкции" рекомендует применение нескольких методов выдерживания и обогрева бетона в зимних условиях. В зависимости от вида конструкции и температуры наружного воздуха рекомендуется применение следующих методов зимнего бетонирования:
Метод «термоса» — метод, предусматривающий использование начального теплосодержания, внесенного в бетонную смесь при ее приготовлении или перед укладкой в конструкцию и тепловыделение цемента, сопровождающее твердение бетона. Для большей эффективности (ускорения набора прочности и понижения температуры замерзания бетона) возможно применение «термоса» с противоморозными добавками и ускорителями твердения;
Искусственный прогрев бетона : электрический, контактный, индукционный, конвективный и инфракрасный;
Р-НП СРО ССК-02-2015
(взамен Р-НП СРО ССК-02-2014)
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ БЕТОННЫХ РАБОТ В ЗИМНИЙ ПЕРИОД
Дата введения в действие: 2016-04-16
АННОТАЦИЯ
Настоящие рекомендации разработаны в рамках Программы стандартизации Национального объединения строителей и направлены на реализацию Градостроительного кодекса Российской Федерации, Федеральных законов Российской Федерации от 27 декабря 2002 года N 184-ФЗ "О техническом регулировании", от 30 декабря 2009 года N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений", постановления Правительства Российской Федерации от 21 июня 2010 года N 468 "О порядке проведения строительного контроля при осуществлении строительства, реконструкции и капитального ремонта объектов капитального строительства", приказа Министерства регионального развития Российской Федерации от 30 декабря 2009 года N 624 "Об утверждении Перечня видов работ по инженерным изысканиям, по подготовке проектной документации, по строительству, реконструкции, капитальному ремонту объектов капитального строительства, которые оказывают влияние на безопасность объектов капитального строительства" и иных законодательных и нормативных правовых актов, действующих в области градостроительной деятельности.
Настоящие рекомендации разработаны в развитие СТО НОСТРОЙ 2.6.54-2011 "Конструкции монолитные бетонные и железобетонные. Технические требования к производству работ, правила и методы контроля" для выработки единых требований по производству и контролю качества бетонных работ в зимнее время.
В основу рекомендаций положены результаты научных исследований, выполненных на кафедре технологии строительного производства Южно-Уральского государственного университета и других научно-исследовательских, учебных и производственных организаций Российской Федерации, а также накопленный опыт отечественного и зарубежного строительства в области зимнего бетонирования. Требования настоящих рекомендаций до введения их в действие прошли апробацию в строительных организациях Челябинской области.
Авторский коллектив: доктор технических наук, профессор, член-корреспондент Российской академии архитектуры и строительных наук, заслуженный деятель науки Российской Федерации, почетный строитель России Головнев Станислав Георгиевич, кандидат технических наук, доцент Пикус Григорий Александрович, доктор технических наук, доцент Байбурин Альберт Халитович (кафедра технологии строительного производства федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет)), почетный строитель России Ефименко Евгений Борисович, кандидат технических наук Мозгалёв Кирилл Михайлович (управление регионального государственного строительного надзора Министерства строительства и инфраструктуры Челябинской области), почетный строитель России Абаимов Александр Иванович (Челябинский межрегиональный союз строителей), почетный строитель России Десятков Юрий Васильевич (некоммерческое партнерство "Саморегулируемая организация Союз строительных компаний Урала и Сибири").
Рекомендации (первая редакция) введены в действие Комитетом по разработке стандартов и правил некоммерческого партнерства "Саморегулируемая организация Союз строительных компаний Урала и Сибири", протокол N 18 от 16.09.2014 г.
Рекомендации одобрены управлением регионального государственного строительного надзора Министерства строительства и инфраструктуры Челябинской области для практического применения их при строительстве, реконструкции объектов капитального строительства на территории Челябинской области, протокол N 17 от 23.09.2014 г.
Рекомендации (вторая редакция) введены в действие Комитетом по разработке стандартов и правил некоммерческого партнерства "Саморегулируемая организация Союз строительных компаний Урала и Сибири", протокол N 16 от 14.09.2015 г.
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
1.1 Рекомендации распространяются на производство бетонных работ в зимний период при устройстве всех видов бетонных и железобетонных конструкций, применяемых в гражданском и промышленном строительстве, изготовляемых на строительной площадке из тяжелых бетонов и ненапрягаемой арматуры.
Примечание — Зимним периодом, в соответствии с СП 70.13330, считается период, когда среднесуточная температура наружного воздуха ниже +5°С, а минимальная суточная температура ниже 0°С.
1.2 Настоящие рекомендации содержат основные требования к технологическим процессам, условиям производства работ и порядку контроля их выполнения.
1.3 Рекомендации содержат общие требования к процессам компьютерного контроля температуры и прочности бетона, а также способам выполнения отдельных этапов контроля и их документированию.
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящих рекомендациях используются нормативные ссылки на следующие стандарты и своды правил:
ГОСТ 7473-2010 Смеси бетонные. Технические условия
ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
ГОСТ 10181-2000 Смеси бетонные. Методы испытаний
ГОСТ 17624-2012 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности
ГОСТ 18105-2010 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности
ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля
ГОСТ 26633-2012 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия
ГОСТ 28570-90 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций
ГОСТ 31384-2008 Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие технические требования
СНиП 12-03-2001 "Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования"
СП 28.13330.2012 "СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии"
СП 48.13330.2011 "СНиП 12-01-2004 Организация строительства"
СП 63.13330.2012 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения"
СП 70.13330.2012 "СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции"
СП 131.13330.2012 "СНиП 23-01-99 Строительная климатология"
СТО НОСТРОЙ 2.6.54-2011 Конструкции монолитные бетонные и железобетонные. Технические требования к производству работ, правила и методы контроля
Примечание — При пользовании настоящими рекомендациями целесообразно проверить действие ссылочных нормативных документов в информационной системе общего пользования — на официальных сайтах национального органа Российской Федерации по стандартизации, Ассоциации "Национальное объединение строителей" и некоммерческого партнерства "Саморегулируемая организация Союз строительных компаний Урала и Сибири" в сети Интернет или по ежегодно издаваемым информационным указателям, опубликованным по состоянию на 1 января текущего года. Если ссылочный нормативный документ заменен (изменен, актуализирован), то при пользовании настоящими рекомендациями следует руководствоваться новым (измененным) нормативным документом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
3.1 В настоящих рекомендациях применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1.1 активный метод: Метод термообработки, при котором тепловое воздействие осуществляется в период выдерживания бетона.
3.1.2 бетонная смесь: Готовая к применению перемешанная однородная смесь вяжущего, заполнителей и воды с добавлением или без добавления химических и минеральных добавок, которая после уплотнения, схватывания и твердения превращается в бетон.
[ГОСТ 7473-2010, пункт 3.1]
3.1.3 бетонные работы: Комплекс работ по приготовлению, транспортировке, укладке и выдерживанию бетона в различных условиях окружающей среды.
3.1.4 зимнее бетонирование: Производство бетонных работ в зимний период.
3.1.5 зимний период: Время года с ожидаемой среднесуточной температурой наружного воздуха ниже +5°С и минимальной суточной температурой ниже 0°С.
3.1.6 класс бетона по прочности в проектном возрасте: Значение класса бетона, указанное в документе о качестве бетонной смеси.
Примечание — Форма и содержание документа о качестве бетонной смеси установлены ГОСТ 7473.
3.1.7 компьютерный температурно-прочностной контроль: Оценка, прогнозирование и документирование параметров твердения бетона с использованием компьютерных программ.
3.1.8 критическая прочность , %: Прочность бетона, после достижения которой замораживание уже не вносит необратимых нарушений в структуру бетона, а бетон в нормальных условиях набирает нормируемую прочность.
3.1.9 массивность конструкции: Взаимосвязь геометрических характеристик бетонной конструкции и распределения температуры внутри бетона за счет теплопроводности.
3.1.10 метод зимнего бетонирования: Виды теплового или иного воздействия на бетонную смесь или бетон с целью получения критической, промежуточной, распалубочной прочности, прочности бетона при поэтапном загружении или проектных характеристик бетона в зимних условиях.
3.1.11 модуль поверхности конструкции , м : Характеристика массивности конструкции, равная отношению площади охлаждаемой поверхности конструкции к ее объему.
3.1.12 монолитная бетонная конструкция: Элемент здания или сооружения, выполняемый из бетонной смеси непосредственно в проектном положении без рабочей арматуры.
[СТО НОСТРОЙ 2.6.54-2011, пункт 3.2.8]
3.1.13 монолитная железобетонная конструкция: Элемент здания или сооружения, выполняемый из бетонной смеси непосредственно в проектном положении с установкой рабочей арматуры.
[СТО НОСТРОЙ 2.6.54-2011, пункт 3.2.9]
3.1.14 нормальные условия твердения бетона: Температура окружающей среды (20±2)°С и относительная влажность (95±5)%.
3.1.15 нормируемое значение прочности бетона: Прочность бетона в проектном возрасте или ее доля в промежуточном возрасте, установленная в нормативном или техническом документе, по которому изготавливают бетонную смесь или конструкцию.
3.1.16 пассивный метод: Метод, при котором отсутствует термообработка бетона или тепловое воздействие происходит только на этапе нагрева бетонной смеси до ее укладки в конструкцию.
3.1.17 партия бетонной смеси: Объем бетонной смеси одного номинального состава, изготовленный или уложенный за определенное время.
[ГОСТ 18105-2010, пункт 3.1.7]
3.1.18 промежуточная прочность: Прочность бетона на определенном этапе выдерживания бетона.
3.1.19 прочность при поэтапном загружении: Прочность бетона, определяемая с учетом допустимой интенсивности загружения конструкций при их выдерживании.
3.1.20 распалубочная прочность , %: Прочность бетона, при которой осуществляется снятие опалубки с поверхностей конструкции.
3.1.21 текущий контроль: Контроль прочности бетона партии бетонной смеси или конструкций, при котором значения фактической прочности и однородности бетона по прочности рассчитывают по результатам контроля этой партии.
3.1.22 текущая прочность: Прочность бетона монолитных конструкций в конкретный момент времени в процессе выдерживания в зимних условиях.
3.1.23 температурные напряжения: Напряжения, возникающие в бетоне вследствие изменения температуры или неравномерного ее распределения по сечению монолитных конструкций.
3.1.24 температурный режим: Проектное и (или) фактическое изменение температуры бетона во времени на разных этапах выдерживания бетона.
3.1.25 требуемая прочность бетона в проектном возрасте: Минимально допустимое среднее значение прочности бетона в контролируемых партиях бетонной смеси или конструкций, соответствующее нормируемой прочности бетона при ее фактической однородности.
3.1.26 трёхсуточная прочность бетона, , МПа: Прочность бетона в возрасте трёх суток при его выдерживании в нормальных условиях твердения.
3.1.27 фактический класс бетона по прочности: Значение класса бетона по прочности монолитных конструкций, рассчитанное по результатам определения фактической прочности бетона и ее однородности в контролируемой партии.
[ГОСТ 18105-2010, пункт 3.1.3]
3.1.28 фактическая прочность бетона: Среднее значение прочности бетона в партиях бетонной смеси или конструкций, рассчитанное по результатам ее определения в контролируемой партии.
[ГОСТ 18105-2010, пункт 3.1.4]
3.2 Основные обозначения, принятые в настоящих рекомендациях, приведены в таблице 3.1.
