Рассмотрим ряд технологий, позволяющих бетонировать в зимних условиях.

Содержание

1. Содержание..........................................................................................................2

2. Введение...............................................................................................................3

3. Отечественный опыт...........................................................................................4

4. Зарубежный опыт..............................................................................................10

5. Заключение.........................................................................................................13

6. Список использованной литературы...............................................................14

Введение

Географическое положение России и, соответственно, ее климатические особенности вносят свои коррективы в проведение строительных работ в холодный период года. Понятно, что общие затраты на строительство зимой более высоки, чем летом или в межсезонье. Продолжительность зимнего периода для климатических условий средней полосы России составляет 5-6 месяцев, не говоря об Урале, Сибири и уж тем более о Крайнем Севере страны. Поэтому использовать только короткий летний сезон и пренебрегать строительством зимой мы не можем себе позволить.

К основным преимуществам зимнего строительства фундамента относятся:

• Сезонное снижение цен на строительные материалы и работы.
• Низкая загруженность строительных бригад.
• Возможность заезда тяжёлой строительной техники на участок, т.к. увеличивается несущая способность грунта, обычно раскисающего весной.
• Минимизация рисков обрушения стенок у вырытых котлованов, а также их затопление грунтовыми водами.

Отечественный опыт

Экскурс в тему вопроса.

При бетонировании и заливке бетона в строительстве зимнимисчитаются такие условия, при которых среднесуточная температура наружного воздуха снижается до +5°С, а в течение суток имеет место падение температуры ниже 0°С. Определяются они не календарем, а температурой фазового перехода в твердое состояние воды, как одного из стратегически важных строительных материалов. В северных регионах РФ такой сезон может длиться в течение большей части года. Очевидно, что в это время затраты на капитальное строительство возрастают, но его замораживание в прямом и переносном смысле даже на меньшие сроки приведет к неизмеримо большим и неоправданным потерям.

Классическая строительная бетонная смесь состоит из тщательно перемешанных компонентов:

• Вяжущего вещества –цемента нужной марки
• Воды
• Крупного заполнителя - каменного щебня нужной фракции
• Мелкого заполнителя – строительного песка надлежащего качества
• Различных добавок, необходимых для применения бетонной смеси и достижения бетоном надлежащих свойств

Схватывание бетонной смеси происходит за счет гидратации частиц вяжущего вещества – в нашем случае алюмосиликатного портландцемента. По термодинамическим причинам скорость любой химической реакции, в том числе и гидратации, уменьшается приблизительно в два раза при падении температуры на 10^оС.

При температуре ниже 0^оС химически несвязанная вода превращается в лед и увеличивается в объеме приблизительно на 9%. В результате в толще бетона возникают напряжения, разрушающие его структуру. Замерзшая бетонная смесь обладает некоторой прочностью, но только за счет сцепления кристаллов льда. При оттаивании процесс гидратации цемента возобновляется, но из-за нарушений структуры бетон не может набрать проектной прочности, т.е. его прочностные характеристики окажутся значительно ниже, чем у бетона, не подвергнувшегося замерзанию. Экспериментами установлено, что на процесс набора прочности бетона существенно влияют условия твердения. А именно, если бетон до замерзания успеет набрать в зависимости от своей марки 30-50% проектной прочности, избыточная вода выжимается из его толщи, и дальнейшее воздействие низких температур уже не влияет на его физико-механические характеристики. Однако, дальнейшее дозревание будет происходить в разы медленнее, чем при нормальных условиях. При этом надо помнить, что нагружать ответственные несущие конструкции (балки, перемычки, ригели, перекрытия и т.п.) можно только по достижении 70% прочности. Если арматура монолита хотя бы в одном направлении была предварительно напряжена, то потребуются все 100% проектной прочности.

Каким же образом можно добиться полноценного качества монолитного бетона при укладывании бетонной смеси в зимних условиях? Ответ очевиден – обеспечение таких термодинамических условий, при которых вода, участвующая в химическом процессе, будет находиться в жидкой фазе. Принципиально этого можно добиться двумя способами – либо повысить температуру зоны реакции, либо снизить температуру кристаллизации воды.

Технология “Термоса”.

По способу термоса бетон твердеет под "шубой" - слоем теплоизоляционных материалов (шлака, опилок, камышита и др.). Эти материалы плохо проводят тепло. Поэтому бетонная смесь почти не теряет тепло, которое она получила при изготовлении. Кроме того, при твердении цемент также выделяет тепло. Во многих случаях количество тепла оказывается достаточным, чтобы во время остывания бетон приобрел необходимую прочность. Эта прочность позволяет распалубливать конструкцию, уже не боясь замораживания. В этом случае после оттаивания бетон не разрушится. Способ термоса является наиболее экономичным и простым. Для его реализации не требуется специального оборудования. Но он, применим, только при бетонировании массивных конструкций, так как тонкостенные конструкции очень быстро остывают.

Способ термоса создает нормальные условия работы, практически не отличающиеся от летних. Это позволило увеличить интенсивность укладки бетона. По данным, интенсивность укладки зимой достигала 180 тыс. м³ в месяц и была меньше максимальной летней интенсивности всего на 20—25%.

Укрывание бетона – наиболее рациональный метод бетонирования в зимнее время, при пограничных температурах воздуха +3-3. Схватывание и твердение бетона – изотермический процесс, то есть: при застывании и наборе прочности, цемент, контактируя с водой, выделяет тепло. И было бы неплохо сохранить это тепло. Для этого необходимо свежеотлитую конструкцию из бетона укрыть ПВХ плёнкой, или утеплителем. В некоторых случаях, если при бетонировании в зимнее время применялся обычный бетон без противоморозных добавок, а температура воздуха резко упала до низких минусовых значений (-5-15) целесообразно использовать газовые или электрические пушки.

Технология электрообогрева.

А теперь расскажем о способе электрообогрева бетона. Этот способ относится к методам электротермообработки бетона в любых конструкциях независимо от их армирования, конфигурации, вида бетона и цемента.

В чем состоит принцип электрообогрева? В подведении тепла к бетону с поверхности; во внутренние слои оно переносится за счет теплопроводности. Нагрев внутренних слоев надо производить постепенно. Этому способствует и экзотермия цемента. Для обогрева массивных конструкций этот способ следует применять с осторожностью. Почему? Потому что внутренние слои прогреваются медленнее, чем поверхностные и между ними могут создаваться перепады температур, которые приведут к формированию в конструкции неблагоприятного термонапряженного состояния.

Как следует из самого названия, высокотемпературные нагреватели характеризуются высокой излучающей способностью. К ним относятся ламповые, газовые, селитовые и др.

Низкотемпературными называются такие нагреватели, которые имеют низкую излучающую способность. Это коаксиальные, трубчато-стержневые, сетчатые, пластинчатые и струнные нагреватели.

Где применяется каждый тип нагревателей? Высокотемпературные используются чаще всего в заводских условиях при изготовлении сборных железобетонных изделий. Для прогрева бетона в монолитных конструкциях применяются редко. Низкотемпературные нагреватели используются в построечных условиях для обогрева бетона, причем электронагреватели монтируют в опалубку или изготовляют в виде греющих щитов.

Технология паропрогрева.

Способ паропрогрева заключается в следующем. В опалубке с внутренней стороны вырезают каналы и через них пропускают пар. Можно также изготовить двойную опалубку и вводить пар в промежутки между стенками. Иногда пар пропускают по трубам, уложенным внутри бетона. Нагревают бетон до 50—80°С. Благодаря высоким температурам, которые создаются при паропрогреве бетона и при благоприятных влажностных условиях, твердение значительно ускоряется: например, через двое суток можно получить такую прочность, которую достигает бетон после 7-суточного твердения в нормальных условиях. Паропрогрев бетона требует больших дополнительных затрат на оборудование. Это его недостаток. Способ паропрогрева рекомендуется главным образом для тонкостенных конструкций.

Технолгия “Бетон – самогрев”

Иногда бетон способен обогревать самого себя! Чему же обязан бетон этим удивительным свойством? Оказывается, цементу. При химическом взаимодействии цемента с водой происходят такие реакции, в результате которых выделяется значительное количество теплоты. Повышение температуры при образовании бетона зависит от вида цемента и его количества в бетонной смеси. Наибольшее количество тепла при твердении бетона выделяет глиноземистый цемент, минимальное — шлакопортландцемент.

И вот если бетонной смеси много, а поверхность ее невелика, то бетон нагревается за счет этого тепла. Так бетон становится "самогревом"! Иногда этого тепла выделяется так много, что бетон может перегреться, он будет высыхать раньше, чем твердеть.

Бетон-самогрев может быть использован при зимнем бетонировании. Поэтому, когда строят массивные бетонные конструкции, то в зимнее время воду и заполнители не подогревают и бетон не укутывают. Ему и так будет жарко!

Быстро твердеющий бетон

Нормативное время схватывания классического портландцемента при нормальных условиях – 28 суток. Наряду с ним существуют высокоактивные быстротвердеющие цементы, способные обеспечить полное созревание бетона в течение 2-3 суток или даже быстрее. Если монолит достаточно массивен, то его промерзание за это время не состоится из-за высокой теплоемкости воды и экзотермичности реакции гидратации. Например, именно такого типа цемент используется в сухих смесях типа «Литой бетон марки 300». Уже через 4 часа по конструкциям из него (плитам, стяжкам, ступеням и т.п.) можно ходить. Недостатки – дороговизна и недостаток времени на доставку и укладку готовой бетонной смеси. Вследствие этого данные бетоны не нашли крупнотоннажного применения.

Зарубежный опыт

С одной стороны, ситуация не менялась, так как опыт применения различных модифицирующих противоморозных добавок насчитывает не один десяток лет. Не всегда этот опыт был положительным, и порой приходилось учиться на собственных ошибках. С другой стороны, за последние 10-15 лет в бетоноведении произошли революционные изменения не только в технологии модифицирующих добавок для бетона, но и в самой технологии укладки и утепления конструкций. Применение бетононасосов с повышением темпов укладки бетонных смесей позволило значительно сократить риски замораживания бетонов до начала тепловой обработки конструкций. В свою очередь, появление на рынке быстротвердеющих цементов и повышение строительно-технических свойств цементов позволяет оптимизировать как использование противоморозных добавок, так и режимов прогрева бетонов. Параллельно с химическими способами бетонирования конструкций в зимних условиях непрерывно велась работа по физическим способам обеспечения твердения конструкций при отрицательных температурах.

Условно, все предлагаемые на рынке противоморозные добавки по своему назначению можно разделить на две группы: непосредственно противоморозные добавки и комплексные добавки с пластифицирующем эффектом. Одним из актуальных вопросов выбора оптимального состава противоморозных добавок является их сочетание с добавками воздуховлекающего типа. Большинство электролитов оказывают значимое действие на стабильность вовлекаемого воздуха при высоких требованиях к морозостойкости бетонов. Линейка противоморозных добавок включает три продукта для обеспечения интенсивных темпов твердения конструкций при отрицательных температурах.

В зарубежном промышленном и гражданском строительстве бе­тон и железобетонные конструкции прочно занимают ведущее положе­ние по сравнению с другими материалами и конструкциями. Глав­ное, на что направлены внимание и усилия фирм, - обеспечить высо­кое качество изготовляемых и возводимых конструкций. Только с учетом этих требований они разрабатывают технологические реше­ния, требующие наименьших затрат труда, энергии и материалов. За рубежом экономия ресурсов ни в коем случае не должна нанести ущерб качеству и долговечности конструкций. Особое внимание уде­ляется качеству цемента и заполнителей.

В США для приготовления бетонов и растворов довольно широко применяются расширяющиеся цементы, позволяющие получать изделия высокого качества, надежные и водонепроницаемые. Любопытно, что в основу разработки такого цемента легли исследования нашего уче­ного, профессора В. В. Михайлова, который предложил такие вяжущие еще в довоенное время (в отечественной практике они так и не нашли применения вплоть до 60-х годов, когда стало известно об их производстве в США). Некоторые из таких цементов носят название "М" в честь первой буквы фамилии В. В. Михайлова.

Как правило, фирма, выпускающая цемент, гарантирует его высо­кое качество и стабильность состава. Так, во Франции на мешках с цементом указываются не только его цена, но и состав, и все необходимые свойства. Во избежание путаницы и случайностей на произ­водстве на мешках с цементом ставится цветной штамп, удостоверяю­щий их содержимое (портландцемент, рапид-цемент и др.). Каждый вид цемента маркируется своим цветом (красным, синим, зеленым и др.). Это полностью исключает ошибки, которые могут привести к браку конструкций.

Особое внимание за рубежом уделяется химическим добавкам. В наибольшем объеме производятся добавки-суперпластификаторы (мель­мент и др.). По своему действию они близки к нашему суперпласти­фикатору С-3, однако стоимость их в несколько раз выше. Однако для получения бетонной смеси требуемой подвижности, помимо суперплас­тификатора, нужны еще фракционированные заполнители, хорошая сис­тема дозирования компонентов и строго выдерживаемый состав смеси. На заводских бетоносмесительных узлах в Финляндии, Франции и Германии, а также в других странах, действуют компьютерные систе­мы. Оператор, находясь в специально оборудованном помещении, пол­ностью изолированном от бетоносмесительного отделения, имеет на­бор перфокарт, рассчитанных не менее чем на 50 разновидностей бе­тонных смесей. Как только подошел очередной авто бетоновоз, води­тель по телефону сообщает оператору свои данные: какая смесь и в каком количестве ему нужна, название фирмы-потребителя и т.п. Опе­ратор вводит в компьютер необходимые данные, после чего автомати­чески включаются дозаторы и смесители. Авто бетоновоз без всякого промедления ставится под загрузку. После выдачи бетонной смеси оператор по передаточной трубе спускает водителю, свернутый в трубочку счет, в котором компьютер отпечатал состав смеси, марку бетона, его количество и стоимость. Обычно вся операция занимает не более пяти минут.

За рубежом экономному расходованию ресурсов подчинена вся организация строительства, начиная с обеспечения строек бетоном и раствором и методы энергосберегающих технологий, применяемых в зарубежной практике, весьма рациональны и с точки зрения затрат материальных ресурсов, и обеспечения высокого качества конструк­ций и изделий.

Зарубежный опыт показывает, что более 70% всего объема бетона укладывается с помощью различных добавок. Применение добавок, даже несмотря на некоторое в этой связи удорожание стоимости бетона, экономически оправдано из-за улучшения ряда технологических параметров и повышения эксплуатационных свойств. Высококачественные бетоны, как правило, отличаются большой морозостойкостью, сверхвысокой прочностью и низкой водопроницаемостью. Все эти показатели практически нереализуемы без применения высококачественных, специально синтезированных химических модификаторов. Именно введение в бетоны и растворы добавок создало реальную предпосылку для получения высококачественных бетонов и растворов повышенной долговечности.

Заключение

Список использованной литературы

1. Современные строительные технологии: моногр. / под ред. С.Г. Головнева. – Челябинск: Издат. центр ЮУрГУ, 2010. – 268 с.

2. Красновский, Б.М. Инженерно-физические основы методов зимнего бетонирования / Б.М. Красновский. – М.: Изд-во ГАСИС, 2007. – 512 с.

3. СП 70.13330.2012. Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87.

4. СТО НОСТРОЙ 2.6.54-2011. Конструкции монолитные бетонные и железобетонные. Технические требования к производству работ, правила и методы контроля.

5. ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.

6. ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности.

7. ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля.

8. ГОСТ 18105-2010. Бетоны. Правила контроля и оценки прочности.

9. Пикус, Г.А. Оценка необходимого количества контрольных температурных точек при выдерживании монолитных плитных конструкций в зимнее время / Г.А. Пикус, К.М. Мозгалёв // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. – 2014. – № 3. – С.70–71.

10. «Руководстве по прогреву бетонов монолитных конструкций» под редакцией А.И. Звездова и Б.А. Крылова в 2005 году.

11. Жилищный кодекс Российской Федерации № 188-ФЗ - Федер. закон: принят Гос.Думой 22.12.2004 г.: по состоянию на 29.06.2015 г.

12. Градостроительный кодекс Российской Федерации: [федер. закон: принят Гос. Думой 22 дек. 2004 г.: по состоянию на 02 сент. 2013 г.]. – М.: Омега-Л, 2013. – 140 с.

13. О порядке проведения строительного контроля при осуществлении строительства, реконструкции и капитального ремонта объектов капитального строительства: [постановление Правительства Российской Федерации от 21 июня 2010 г. № 468]. – Российская Бизнес-газета, 2010. – 27 июля. – № 760.

14. СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003». – М.: Минрегион России, 2012.

15. Технология строительных процессов / А. А. Афанасьев [и др.]; под ред. член-корр. РААСН, проф., д-ра техн. наук Афанасьева А. А. - М.: Изд-во ВШ, 2008. - 463 с.

16. Теличенко, В. И. Технология строительных процессов Ч. I, II / В. И. Теличенко, О. М. Терентьев, А. А. Лапидус. - М.: Высш. шк, 2006, - 392 с.

17. Красновский, Б.М. Инженерно-физические основы методов зимнего бетонирования Текст.: / Б.М. Красновский. М.: Изд-во ГАСИС, 2004. 470 с.

Содержание

1. Содержание..........................................................................................................2

2. Введение...............................................................................................................3

3. Отечественный опыт...........................................................................................4

4. Зарубежный опыт..............................................................................................10

5. Заключение.........................................................................................................13

6. Список использованной литературы...............................................................14

Введение

Географическое положение России и, соответственно, ее климатические особенности вносят свои коррективы в проведение строительных работ в холодный период года. Понятно, что общие затраты на строительство зимой более высоки, чем летом или в межсезонье. Продолжительность зимнего периода для климатических условий средней полосы России составляет 5-6 месяцев, не говоря об Урале, Сибири и уж тем более о Крайнем Севере страны. Поэтому использовать только короткий летний сезон и пренебрегать строительством зимой мы не можем себе позволить.

К основным преимуществам зимнего строительства фундамента относятся:

• Сезонное снижение цен на строительные материалы и работы.
• Низкая загруженность строительных бригад.
• Возможность заезда тяжёлой строительной техники на участок, т.к. увеличивается несущая способность грунта, обычно раскисающего весной.
• Минимизация рисков обрушения стенок у вырытых котлованов, а также их затопление грунтовыми водами.

Отечественный опыт

Экскурс в тему вопроса.

При бетонировании и заливке бетона в строительстве зимнимисчитаются такие условия, при которых среднесуточная температура наружного воздуха снижается до +5°С, а в течение суток имеет место падение температуры ниже 0°С. Определяются они не календарем, а температурой фазового перехода в твердое состояние воды, как одного из стратегически важных строительных материалов. В северных регионах РФ такой сезон может длиться в течение большей части года. Очевидно, что в это время затраты на капитальное строительство возрастают, но его замораживание в прямом и переносном смысле даже на меньшие сроки приведет к неизмеримо большим и неоправданным потерям.

Классическая строительная бетонная смесь состоит из тщательно перемешанных компонентов:

• Вяжущего вещества –цемента нужной марки
• Воды
• Крупного заполнителя - каменного щебня нужной фракции
• Мелкого заполнителя – строительного песка надлежащего качества
• Различных добавок, необходимых для применения бетонной смеси и достижения бетоном надлежащих свойств

Схватывание бетонной смеси происходит за счет гидратации частиц вяжущего вещества – в нашем случае алюмосиликатного портландцемента. По термодинамическим причинам скорость любой химической реакции, в том числе и гидратации, уменьшается приблизительно в два раза при падении температуры на 10^оС.

При температуре ниже 0^оС химически несвязанная вода превращается в лед и увеличивается в объеме приблизительно на 9%. В результате в толще бетона возникают напряжения, разрушающие его структуру. Замерзшая бетонная смесь обладает некоторой прочностью, но только за счет сцепления кристаллов льда. При оттаивании процесс гидратации цемента возобновляется, но из-за нарушений структуры бетон не может набрать проектной прочности, т.е. его прочностные характеристики окажутся значительно ниже, чем у бетона, не подвергнувшегося замерзанию. Экспериментами установлено, что на процесс набора прочности бетона существенно влияют условия твердения. А именно, если бетон до замерзания успеет набрать в зависимости от своей марки 30-50% проектной прочности, избыточная вода выжимается из его толщи, и дальнейшее воздействие низких температур уже не влияет на его физико-механические характеристики. Однако, дальнейшее дозревание будет происходить в разы медленнее, чем при нормальных условиях. При этом надо помнить, что нагружать ответственные несущие конструкции (балки, перемычки, ригели, перекрытия и т.п.) можно только по достижении 70% прочности. Если арматура монолита хотя бы в одном направлении была предварительно напряжена, то потребуются все 100% проектной прочности.

Каким же образом можно добиться полноценного качества монолитного бетона при укладывании бетонной смеси в зимних условиях? Ответ очевиден – обеспечение таких термодинамических условий, при которых вода, участвующая в химическом процессе, будет находиться в жидкой фазе. Принципиально этого можно добиться двумя способами – либо повысить температуру зоны реакции, либо снизить температуру кристаллизации воды.

Рассмотрим ряд технологий, позволяющих бетонировать в зимних условиях.