Особенности бетонных работ при низких температурах воздуха Из архива: 1999 год. На основе учебника дорожно-строительных материалов.
Для нормального твердения бетонной смеси, уложенной в опалубку, необходимо обеспечить достаточное количество тепла и влажную среду. При температуре ниже 10°С твердение постепенно затухает, а при 0°С практически прекращается. Свободная вода, замерзая, увеличивается в объеме, что приводит к разрушению формирующихся структурных связей в твердеющем бетоне. Повторные оттаивания и замерзания воды значительно снижают прочность бетона, при этом в раннем возрасте твердения разрушение структурных связей происходит интенсивнее (рис. 1). Только после достижения бетоном 30—50% проектной прочности заметно снижается влияние замораживания на свойства бетона. Это вызывает необходимость в разработке специальных способов, ведения бетонных работ зимой. Разработке и внедрению в практику рациональных способов зимнего бетонирования значительно способствовали работы советских ученых И. А. Киреенко, С. А. Миронова и др.
Нормальные условия твердения при низких температурах воздуха достигаются использованием внутреннего тепла смеси, дополнительной подачей тепла извне, введением в смесь ускорителей твердения и др. Основным положением , зимнего бетонирования является получение бетона с максимальной (критической) прочностью в возможно короткий срок. Для этого используют цементы с большой экзотермией, быстротвердеющие (например, быстротвердеющие портландцементы марок 400—600, глиноземистый цемент), принимают возможно меньшее водоцементное отношение. Внутренний запас тепла смеси может быть увеличен путем предварительного подогрева составляющих. В первую очередь нагревают воду до 80°С, как наиболее теплоемкий материал, а щебень и песок нагревают до 40°С. Это повышает температуру смеси в период ее укладки и уплотнения и способствует "скорению" нарастания прочности бетона. Однако необходимо стремиться к тому, чтобы температура бетонной смеси не превышала 40°С, иначе резко снижается подвижности смеси.
Значительное ускорение твердения достигается введением в смесь добавок хлористого кальция в количестве 1,5—3% от массы цемента.
(Рис. 1) График влияния раннего замораживания на прочность бетона (водоцементное отношение равно 0,6, осадка конуса 10-12 см.): 1 - бетон не замораживался; 2 - бетон замораживался в возрасте 7 сут.; 3 - то же в возрасте 3 сут.; 4 - то же, в возрасте 1 сут.; 5 - то же, в возрасте 6 ч.
Для использования внутреннего тепла бетонной смеси, достаточного, чтобы достичь критической прочности до ее замерзания, применяют способ термоса. При этом способе поверхность бетонируемого элемента покрывают слоем теплоизоляционного материала (шлак, опилки, соломенные маты, камыш, шевелин и др.). Способ термоса рационален при бетонировании массивных, сооружений, имеющих относительно малую поверхность охлаждения, при средней температуре воздуха не ниже —15°С и модуле поверхности (отношение поверхности к объему) меньше 6.
Когда для обеспечения необходимой прочности внутреннего тепла недостаточно, применяют способ подачи тепла извне. Подогрев бетонной смеси может производиться паром, подогретым воздухом, электроподогревом.
Пароподогрев бетонной смеси водяным паром, циркулирующим по каналам в опалубке, обеспечивает температуру
5О°С —70°С, что позволяет в течение 2—3 сут. достичь проектной прочности бетона.
Электроподогрев бетонной смеси в элементах конструкций основан на том, что при пропускании через бетонную смесь переменного тока температура бетона повышается. При электроподогреве на поверхности свежеуложенной бетонной смеси укрепляют стальные плитки-электроды, через которые и пропускают электрический ток. Роль электродов могут выполнять стальные стержни железобетонных элементов конструкций. Необходимо иметь в виду, что густоармированные части могут перегреваться, в дальнейшем вызывая снижение прочности бетона из-за быстрого испарения в этих участках воды. Поэтому электроподогрев железобетонных элементов необходимо вести при пониженных напряжениях тока (50—100 В).
Скорость повышения температуры во всех случаях подогрева бетона в конструкциях должна быть небольшой (не более 5°С в час), а максимальная температура при электроподогреве - не более 60°С. При бетонировании конструкций с модулем поверхности меньше 5 электроподогрев применять не рекомендуется.
Подогрев бетона теплым воздухом в тепляках применяется при небольших объемах работ. Тепляки устраивают из фанеры, брезента и других материалов с отоплением обычными или электрическими отражательными печами или водяными калориферами.
Холодный бетон. Устройство дорожных и аэродромных покрытий при отрицательных температурах методом холодного бетона (без подогрева материалов и бетона) нашло значительное распространение в последние годы и, в частности, в суровых климатических условиях. Этот способ основан на введении в бетонную смесь больших добавок хлористого кальция и хлористого натрия, что резко понижает температуру замерзания воды в бетонной смеси.
Кроме того, эти соли значительно пластифицируют бетонную смесь, позволяя укладывать ее при отрицательных температурах воздуха. Хлористый кальций, в свою очередь, является ускорителем твердения.
Нарастание прочности бетона с добавками хлористых солей при отрицательных температурах происходит относительно медленно: за 7 сут — до 30%, за 28 сут — до 50—60% и за 90 сут — до 90—100% от проектной марки бетона.
Соли вводят в бетонную смесь в виде водных растворов, концентрация которых определяется по таблицам. Раствор СаС1а допускается к применению с концентрацией не более 6%, так как СаО2 вызывает быстрое загустевание бетонной смеси.
Холодную бетонную смесь изготовляют и укладывают только при отрицательной температуре (однако не ниже —20°С) вследствие быстрого загустевания ее при положительной температуре. Уложенная и уплотненная смесь должна быть защищена способом термоса. Изготовление густоармированных железобетонных конструкций с применением холодного бетона не рекомендуется, так как хлористые соли вызывают коррозию стальной арматуры.
Свойства холодного бетона несколько хуже по сравнению с бетонами, твердеющими в обычных условиях. При равной прочности холодные бетоны обладают меньшей долговечностью, морозостойкостью, повышенной усадкой и хрупкостью.
