Зимове бетонування
При замерзанні свіжоукладеного бетону міститься в ньому вільна вода перетворюється в лід; активність води, що залишилася в мікропорах в рідкому стані, різко знижується; практично вважають, що твердіння припиняється при температурі 0°, хоча дуже повільно воно триває і до -10°. Замерзаюча вода із-за значного збільшення обсягу розвиває сили внутрішнього тиску, які ущільнюють структуру незміцнілого бетону; крім того, замерзла вода утворює на поверхні заповнювачів крижані плівки, що порушують зчеплення між заповнювачами і розчином.
Якщо бетонну суміш заморозити відразу після укладання в опалубку, то вона буде володіти міцністю при негативних температурах тільки за рахунок сил змерзання. При настанні позитивних температур гідратація цементу відновиться і бетон буде тверднути, але внаслідок розущільнення структури міцність його значно нижче міцності бетону того ж складу, твердевшего без заморожування. Тільки бетон, який набрав певну міцність, може протистояти дії «морозних сил» без руйнування структури і після відтавання продовжити набір міцності.
З кривих набору міцності бетону після заморожування, побудованих на підставі великої кількості експериментів, слід:
1) бетон, набрав у результаті попереднього твердіння міцність близько 70% марочної, після заморожування при подальшому відтаванні продовжує тверднути, набираючи нормальну марочну міцність; заморожування не викликало в бетоні деструктивних змін, а тільки через замерзання води призупинило на час його тверднення;
2) при замерзанні бетону, попередньо набрав 50% марочної міцності, деструкції заморожування ще невеликі; бетон при відтаванні і подальшому твердінні втрачає близько 10% міцності;
3) заморожування, бетону до набору їм 50% марочної міцності викликає значні втрати кінцевої міцності після відтавання і подальшого твердіння.
Міцність бетону, що дорівнює 50% марочної, прийнята за критичну, при досягненні якої бетон може бути заморожений без відчутного впливу заморожування на властивості конструкції. Для відповідальних конструкцій, наприклад прогонових будов мостів, критична міцність встановлена в 70% марочної. За мінімальне значення критичної міцності для низкомарочных бетонів прийнято 50 кГ/см2.
Таким чином, сутність зимового бетонування зводиться до забезпечення набору критичної міцності бетону до його заморожування. Для набору необхідної критичної міцності при зимовому бетонуванні застосовують способи прискорення твердіння бетону, пов'язані з використанням внутрішнього тепла бетону (спосіб термоса), подачею тепла ззовні (бетонування в тепляках, паропрогрев, електропрогрів) та застосуванням хімічних добавок — прискорювачів твердіння, одночасно знижують температуру замерзання води в бетоні (холодне бетонування).
Доцільність застосування того чи іншого способу або їх комбінації залежить від метеорологічних умов, масивності конструкції, необхідної міцності і наявності енергоресурсів.
Використання внутрішнього тепла бетону (спосіб термоса):
Сутність способу термоса полягає в укладанні нагрітої бетонної суміші в утеплену опалубку. Часу до охолодження суміші з урахуванням ізотермія цементу повинно бути достатньо для набору бетоном критичної міцності. Зазвичай бетонну суміш готують на воді, нагрітій до 90°, і підігрітих заповнювачах, температура суміші на виході із змішувача 35-45°. Великі значення температур нагрівання суміші відповідають менш активним цементів. За час транспортування та укладки, в залежності від температури зовнішнього повітря, умов перевезення і укладання, температура бетонної суміші знижується ще на 5-10°. Спосіб термоса доцільно застосовувати при бетонуванні масивних конструкцій. Для більшої ефективності способу бажано використовувати високоміцні і швидкотверднучі цементи, хімічні добавки та інші технологічні заходи щодо прискорення твердіння бетону.
Вельми перспективний электроразогрев бетонної суміші на будмайданчику до більш високих температур (70-90°), що дозволяють проводити її укладання в опалубку аналогічно методу гарячого формування залізобетонних виробів.
Способи бетонування з подачею тепла ззовні:
До способів бетонування з подачею тепла бетону ззовні відносяться воздухопрогрев в тепляках, паропрогрев і електропрогрів, що забезпечують твердіння бетону до набору їм критичної міцності. Влаштування тепляків, огороджувальних бетоновану конструкцію,— самий старий і неекономічний спосіб зимового бетонування, але в той же час і самий надійний. Тепляки роблять з фанери або брезенту; для економії тепла і матеріалів потрібно, щоб розміри тепляка були мінімальними. Повітря в тепляков нагрівається переносними печами, калориферами або за допомогою тимчасового парового опалення.
Паропрогрев бетону проводиться паровими сорочками, які охоплюють конструкцію з опалубкою. Зазвичай лакові сорочки роблять з утеплених дерев'яних щитів, що прикріплюються до опалубки. Щити щільно підганяють один до іншого, а шви між ними закривають защельниками або промащують глиною. У нижню частина парової сорочки впускають насичений пар низького тиску. Температурний режим бетону в конструкції приблизно повинен відповідати параметрам, прийнятим для пропарювання бетону при прискореному твердінні його в пропарювальних камерах. Паропрогрев вертикально розташованих елементів раціонально проводити в капілярній опалубці, яка дозволяє економити лісоматеріали і теплоізоляцію. В капілярній опалубці пар проходить по вузьких трикутним або прямокутних каналах, створюваним в щитах опалубки з боку, зверненої до бетону, стесыванием крайок дощок опалубки або вибіркою у них чвертей і закриттям пазів смужками покрівельної сталі. Іноді балки і колони прогрівають пором, що пропускається по трубах діаметром 13-38 мм, що укладається перед бетонуванням в опалубку вздовж осі конструкції; після затвердіння бетону труби залишаються в конструкції. В даний час паропрогрев бетону застосовується рідко і майже повсюдно замінений электропрогревом.
Електропрогрів конструкцій при зимовому бетонуванні принципово не відрізняється від електропрогрівання, застосовуваного для прискорення твердіння бетону. Електроди використовують стрижневі, струнні, нашивні і плаваючі. Розташування електродів повинно забезпечувати рівномірність електричного, а отже, і температурного поля в бетоні. Швидкість остигання бетону після закінчення прогріву не повинна перевищувати 12° в годину.
Холодне бетонування (з антиморозными добавками):
Як було сказано, твердіння бетону на морозі можна досягти введенням в бетонну суміш хімічних добавок, які знижують температуру замерзання води і прискорюють процеси твердіння цементу при низьких температурах.
Найбільш широко в нашій країні для холодного бетонування застосовують добавки хлористого кальцію і хлористого натрію, вуглекислого калію (поташу) і азотистокислого натрію (нітриту натрію).
Найбільший досвід зимового бетонування накопичений при використанні спільної добавки хлористого кальцію і хлористого натрію. Вплив хлористого кальцію на прискорення твердіння бетону було розглянуто вище і пов'язане з прискоренням гідролізу C3S і утворенням нових нерозчинних комплексних сполук в цементному тесті-камені. Хлористий натрій перешкоджає швидкому загустіння суміші, пластичність її, забезпечує спільно з хлористим кальцієм присутність рідкої фази в бетоні. Крім того, хлористий натрій заважає утворенню хлоралюминатов високо-хлоридною форми, шкідливих на пізніх стадіях твердіння цементного каменю.
Для бетонів з протиморозними добавками хлористих солей повинні застосовуватися портландцементи з вмістом аліта (аліт ― фаза трьохкальцієвого силікату СзЅ) більше 45%, а трьохкальцієвого алюмінату менше 10%, бажано також зменшений вміст в цементі четырехкальциевого алюмоферрита і гіпсу.
Основним недоліком хлористих солей є їх кородує дію на арматуру в бетоні, тому в даний час для холодного бетонування залізобетонних конструкцій частіше застосовують добавки поташу та нітриту натрію.
Дослідження щодо застосування поташу для твердіння будівельних розчинів і бетонів на морозі розпочаті в 1953 р. В. А. Токмаковой та ін. і продовжуються в даний час.
Прискорює дію поташу на тверднення бетону пов'язано з диспергуючим дією іона Ство— на зерна цементу, негативною гідратацією іона калію, який знижує в'язкість води і посилює її взаємодія з цементом, поглибленням гідролізу C3S внаслідок зв'язування Са(ОН)2 в нерозчинну сполуку СаС03. При використанні поташу як протиморозних добавок найбільш ефективні среднеалюминатные портландцементи з відношенням Si02:Al203 від 2 до 6.
Великим виробничим браком поташу є швидке схоплювання бетонних сумішей, у зв'язку з чим такі суміші слід готувати не на централізованих бетонних вузлах, а біля місця бетонування.
П. Е. Риккертом запропонована противомарозная добавка нітриту натрію. Її дія також пов'язане з інтенсифікацією гідролізу C3S і утворенням комплексних сполук — гидронитроалюминатов кальцію. Нітрит натрію — більш слабка протиморозна добавка, ніж хлориди і поташ.
Кількість хімічних добавок, що вводяться в бетонні суміші, залежить від температури повітря
Протиморозні добавки забезпечують гідратацію цементу і твердіння бетону, але при негативних температурах процеси йдуть повільно і бетон набирає критичну міцність приблизно через місяць твердіння на морозі.
Властивості холодного бетону нижче, ніж бетону, тверднучого в нормальних умовах. При рівній міцності холодні бетони володіють підвищеною усадкою, мають знижені показники морозостійкості і водонепроникності. При виробництві робіт необхідно прагнути до зменшення кількості що вводяться в суміш добавок, що можливо при використанні методу «холодного термоса». Бетонну суміш з хімічними добавками укладають при температурі її приготування з утепленням опалубки, забезпечує тверднення суміші до критичної міцності при температурах вище температури навколишнього повітря.
Правилами СНиП критична міцність для бетонів з добавками хлористих солей встановлено у 25% марочної, але не менше 50 кГ/см2. Для бетонів з добавками поташу та нітриту натрію критична міцність така ж, як і для бетонів без добавок.
Способи холодного бетонування використовують для монолітного бетонування невідповідальних конструкцій або при виготовленні збірних залізобетонних виробів взимку на відкритих полігонах. Забороняється застосування бетону з протиморозними добавками у попередньо напружених конструкціях, в конструкціях, що стикаються з агресивними водами, і при зведенні монолітних залізобетонних димових труб.
Бетон з добавкою хлористих солей не можна застосовувати: 1) у конструкціях, які мають випуски арматури або сталеві закладні деталі; в конструкціях з захищеною арматурою добавка хлоридів повинна бути не більше 2% ваги цементу; 2) у конструкціях, на поверхні яких не допускаються висоли; 3) у конструкціях, що не допускають підвищеної їх гігроскопічності.
Бетон з поташем забороняється використовувати: 1) в конструкціях, які працюють в умовах підвищеної вологості, якщо термін служби конструкцій вище десяти років; 2) у конструкціях, що мають закладні частини з алюмінію або його сплавів; 3) при наявності в бетоні реакційноздатного кремнезему в заповнювачах (ця вимога поширюється і на бетон з добавкою нітриту натрію).
