Специальные методы бетонирования

Такие методы бетонирования применяют в тех случаях, когда обычные методы мало пригодны или неэкономичны. Из специальных применяют методы литья, раздельного бетонирования, торкретирования, инъецирования и др.
Укладка смеси литьем возможна при применении бетонов повышенной подвижности, в частности с добавлением суперпластификаторов, являющихся химическими добавками (на основе меламиновой смолы или нафталинсульфокислоты). Введение суиерпластификато-ров в бетонную смесь резко увеличивает ее подвижность, что, в свою очередь, позволяет укладывать ее в опалубку методом литья, т.е. без необходимости ее распределения и виброуплотнения. При этом смесь полностью заполняет всю опалубку под действием гравитационных сил. Метод позволяет сократить расход цемента и повысить качество бетонируемых конструкций.
Метод раздельного бетонирования заключается в раздельной укладке в опалубку крупного заполнителя (щебня), а затем цементно-
песчаного раствора, который заполняет в нем пустоты. Его применяют при возведении железобетонных резервуаров, бетонировании в условиях интенсивного притока грунтовых вод и в других случаях.
Раздельное бетонирование может быть гравитационным и инъекционным. При первом раствор проникает в крупный заполнитель под действием сил тяжести, а при втором - под давлением, создаваемым нагнетателем. Метод нагнетания раствора более эффективен и может быть применен для бетонирования тонкостенных конструкций. Гравитационное раздельное бетонирование с заливкой раствора сверху применяют при бетонировании конструкций высотой до 1,2 м, а при большей высоте их - инъекционное, с нагнетанием раствора через трубы-инъекторы. При толщине конструкции более 1 м раствор нагнетают через стальные трубы, устанавливаемые в опалубку, а при толщине менее 1 м - через боковые инъекционные отверстия. Для нагнетания раствора применяют растворо-насосы. Время бетонирования яруса не должно превышать продолжительности схватывания цемента в растворе. Нагнетают раствор непрерывно снизу вверх под давлением 0,15-0,2 МПа и по мере нагнетания трубы поднимают. Перерывы в производстве работ более 20 мин не допускаются, так как может произойти закупорка инъекционных труб.
При использовании данного метода уменьшается объем работ по перемешиванию материалов, упрощается технологическая схема работ, исключаются рабочие швы бетонирования, что увеличивает монолитность конструкций. К недостаткам относится необходимость применения растворов с высоким содержанием цемента. Однако этот недостаток может быть устранен при использовании метода вибронагнетания, когда одновременно с нагнетанием раствора осуществляется его глубинное вибрирование.
Торкретирование заключается в последовательном нанесении на обрабатываемую бетонную поверхность слоев цементно-песчаного раствора (торкрета) с помощью цемент-пушки или бетонной смеси (набрызг-бетон) с помощью бетон-шприц-машины (см. рис. 13.9, б). Торкретирование применяют для повышения водонепроницаемости железобетонных емкостных сооружений, а также бетонирования тонкостенных конструкций в тех случаях, когда обычные способы бетонирования сложны или не обеспечивают нужной плотности бетона. Методом торкретирования исправляют дефекты в бетонных и железобетонных конструкциях.
Торкретирование с помощью цемент-пушки или набрызг-бетони-рование бетон-шприц-машиной ведут следующим образом. Сухую цементно-песчаную или бетонную смесь из резервуара под давлением воздуха подают по шлангу к наконечнику, где, смешивая ее с водой, наносят на поверхность бетона или арматурную сетку.
Инъецирование (заполнение) каналов и заполнение пазов предварительно напряженных конструкций. Пустоты в каналах предварительно напряженных конструкций заполняют цементным раствором, чтобы защитить натянутую арматуру от коррозии и одновременно обеспечить ее сцепление с бетоном конструкций. К инъецированию каналов приступают сразу после натяжения арматуры. Для инъеци-рования готовят раствор на цементе марок 400-500, который подают в канал растворонасосом. Инъецирование ведут непрерывно под давлением 0,6-0,8 МПа до тех пор, пока раствор не начнет выходить с другой стороны канала. Пазы после навивки кольцевой напряженной арматуры на стены цилиндрических емкостных сооружений заполняют торкретным покрытием, наносимым на поверхность стен цемент-пушкой методом «снизу вверх» после гидравлического испытания емкости.

ПОДВОДНОЕ БЕТОНИРОВАНИЕ

Методы подводного бетонирования применяют для возведения подводных частей сооружений, например затопленных оголовков русловых водозаборов, днищ их опускных колодцев и насосных станций (при погружении без водоотлива), а также при их ремонте и восстановлении. Подводное бетонирование выполняют различными методами, в том числе методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ), восходящего раствора (ВР), укладкой бункерами, утрамбовы-ванием бетонной смеси, укладкой в мешках.
Подводное бетонирование методом ВПТ заключается в непрерывной подаче бетонной смеси по опущенной сквозь толщу воды и погруженной в смесь на дно трубе в условиях, исключающих вымывание цемента. Только верхний слой первой порции бетонной смеси соприкасается с водой, остальная смесь, поступающая через нижнее отверстие трубы, остается защищенной верхним слоем от контакта с водой (рис. 13.11, а, 6). Бетонирование этим методом можно производить при глубине воды до 50 м и толщине укладываемого слоя бетона не менее 1 м. Подводную конструкцию (блок, захватку) методом ВПТ бетонируют непрерывно до уровня, превышающего проектную отметку на величину, равную 2% высоты конструкции, но не менее чем 20 см.

Рис. 13.11. Методы подводного бетонирования конструкций: а — укладка бетонной смеси способом ВПТ (в подушку опускного колодца); б— бетонирование способом ВПТ с плавучим бетонным заводом; в — бетонирование способом ВР с шахтой; г — то же, без шахты; д — бетонирование способом утрамбования бетонной смеси; 1 — опускной колодец; 2 —- заливочные трубы; 3 — воронка; 4 — свежеуложенная и уложенная бетонная смесь; 5 — бездонный железобетонный ящик; 6 — лебедка; 7 — рабочая площадка; 8 — соединение звеньев трубы; 9 — башенный подъемник; 10 — загрузочный ковш подъемника; 11 — плавучий бетонный завод; 12— крупный заполнитель; 13— опалубка; 14 — новая порция бетонной смеси

Бетонирование методом восходящего раствора (ВР), или методом раздельного бетонирования, осуществляется путем подачи цементного раствора в опалубленную подводную стену (или массив — блок), предварительно загруженную крупным заполнителем. При этом бетонирование может выполняться различными видами этого метода, в том числе: безнапорное (гравитационное) бетонирование, когда заливочные трубы устанавливают в решетчатых ограждающих шахтах и распространение раствора в пустоты крупного заполнителя происходит под действием массы раствора (рис. 13.11, в); напорное бетонирование (инъекционный метод), когда установленные в блоке трубы засыпаются крупным заполнителем и распространение раствора обеспечивается давлением, создаваемым массой столба раствора в трубах или растворонасосом (рис. 13.11, г); напорное бетонирование с вибрацией (вибронагнетательный метод), когда распространение раствора в пустотах заполнителя обеспечивается давлением, создаваемым растворонасосом, и воздействием вибраторов, устанавливаемых отдельно от заливочных труб на расстоянии, не превышающем радиуса действия этих труб.
Бетонирование укладкой бетона бункерам (бадьями, ящиками, грейферами) выполняют путем опускания их под водой на основание опускаемого блока или ранее уложенный слой бетона и последующим выпусканием бетонной смеси через раскрывающееся дно или затвор.
Бетонирование методом втрамбовывания бетонной смеси применяют при глубине воды до 1,5 м. Бетон укладывают с берега от уреза воды или с бетонного островка, причем последующие порции смеси укладывают и утрамбовывают в ранее уложенные, но еще не схватившиеся (рис. 13.11, д). Таким образом, с водой соприкасается только бетон, а утрамбовываемая смесь остается изолированной от воздействия воды. Для укладки бетона в мешках применяют мешки, на 2/3 заполненные бетонной смесью. Работы выполняют водолазы, которые укладывают мешки вперевязку.

7. ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА БЕТОННЫХ РАБОТ НА МОРОЗЕ И В УСЛОВИЯХ ЖАРКОГО КЛИМАТА

Главной особенностью и требованием при зимнем бетонировании является создание такого режима укладки и твердения бетона, при котором он к моменту замерзания приобретает необходимую прочность, называемую критической. Пределы такой прочности указаны в СНиПе, в частности, для бетона марки М150 она должна составлять не менее 50% проектной, для марок М200-М300 - 40 %, но независимо от марки 70 % — для конструкций, подвергающихся по окончании выдерживания замораживанию и оттаиванию, 80 % — для предварительно напряженных конструкций и 100 % — для конструкций, подвергающихся сразу после выдерживания действию расчетной нагрузки (давлению воды и др.).
Способы укладки бетона зимой в значительной мере определяются применяемыми способами его выдерживания. На практике применяют как безобогревные способы выдерживания (способ термоса и термоса с добавками - ускорителями твердения, противоморозны-ми добавками), так и способы искусственного подогрева или прогрева конструкций (электротермообработка бетона, применение греющей опалубки и покрытий, обогрев паром, горячим воздухом или в тепляках).
Выдерживание бетона способом термоса применяется для массивных конструкций. Массивность конструкций характеризуется отношением суммы охлаждаемых наружных поверхностей к ее объему, называемым модулем поверхности (Мп). Способом термоса выдерживают конструкции с модулем поверхности до 6. Способ основан на использовании: утепленной опалубки, тепла подогретых составляющих смеси, а также тепла, выделяемого в процессе схватывания и твердения цемента вследствие экзотермии. При этом хорошо укрытый бетон остывает настолько медленно, что успевает набрать критическую прочность до замерзания. При данном способе применяют быстротвердеющие портландцементы, а также портландцементы высоких марок (не ниже 400), которые не только быстро набирают прочность, но и выделяют при твердении значительное количество воды.
Применение противоморозных добавок (хлорида натрия в сочетании с хлоридом кальция, нитрата натрия, поташа и др.) в количестве 3— 16 % от массы цемента, обеспечивающих твердение при отрицательных температурах, позволяет транспортировать бетонную смесь в неутепленной таре и укладывать ее на морозе. При выборе вида добавки учитывают область применения бетонов с химическими добавками и имеющиеся ограничения. Оптимальное количество добавок обычно не превышает 16% от массы цемента. Смесь с противоморозными добавками укладывают в конструкции и уплотняют с соблюдением общих правил укладки бетона.
Электротермообработка бетона основана на использовании тепла, получаемого от превращения электрической энергии в тепловую. Электротермообработку осуществляют методами электродного прогрева (электропрогрева), а также путем электрообогрева различными электронагревательными устройствами, индукционного нагрева (в электромагнитном поле). Электродный прогрев бетона обеспечивается через электроды, располагаемые внутри или на поверхности бетона. Соседние или противоположные электроды подсоединяют к проводам разных фаз, в результате чего между электродами в бетоне возникает электрическое поле, прогревая его. Ток в армированных конструкциях пропускают напряжением 50-120 В, а в неармированных - 127-380 В. При прохождении тока бетон нагревается и в течение 1,5-2 сут. приобретает распалубочную прочность.
Электрообогрев бетона осуществляют инфракрасными лучами, передающими теплоту в виде лучистой энергии, используя в качестве источников таких лучей трубчатые электронагреватели (ТЭНы) и стержневые карборундовые излучатели. Используют также контактный электрообогрев путем непосредственной передачи теплоты от нагревающих поверхностей к прогреваемому бетону. Его используют в греющих подъемно-переставной и разборно-щитовой инвентарной опалубках. Бетонные подготовки и дниша, например, емкостных сооружений (резервуаров и др.) толщиной до 20 см бетонируют с прогревом полосовыми электродами, закрепленными на накладных деревянных щитах (рис. 13.12, а), с подключением их к трем фазам электросети. Электрообогрев можно выполнять с помощью различных нагревателей — проволочных, греющих кабелей и проводов, стержневых, трубчатых, сетчатых, пластинчатых и др.
Индукционный прогрев осуществляют за счет преобразования энергии переменного магнитного поля в арматуре или стальной опалубке в тепловую с передачей ее бетону с помощью индукционной обмотки.
Обогрев бетона в греющей опалубке и покрытиях. Греющую (термоактивную) опалубку (см. рис. 13.2, ж) применяют для обогрева тонкостенных и среднемассивных конструкций (с любой степенью армирования) при температурах наружного воздуха до -40°С. Для обогрева конструкций типа днищ емкостных сооружений применяют инвентарные термоактивные гибкие покрытия (ТАГП): сборно-разборное (см. рис. 13.12, б), цельноклееное (рис. 13.12, в), с греющим проводом (рис. 13.12, г). При скоростном возведении вертикальных стен, например, водонапорных башен, градирен в скользящей опалубке применяют двухсторонний их обогрев с установкой термоактивного подвесного покрытия (ТАПП) (рис. 13.12, д).

Рис. 13.12. Способы и средства выдерживания бетона при зимнем бетонировании: 1 — деревянный опалубочный щит; 2— полосовой электрод; 3— прижимные планки; 4 — вилочные разъемы; 5 — защитный чехол; 6 — утеплитель; 7 — стекпохолст; 8 — электронагреватели; 9 — стеклоткань; 10 — терм о контактор; 11 —листовая резина; 12— алюминиевая фольга; 13 — нэгревательный провод; 14 — токо про водящие провода; 15 — брезентовое укрытие; 16 — термоактивное подвесное покрытие (ТДПП); 77— скользящая опалубка; 18 — подвеска ТАПП; 19— подвесные леса

Обогрев бетона паром или горячим воздухом. Обогрев паром применяют для конструкций с модулем поверхности больше 8-10. Этот способ прогрева обеспечивает благоприятные тепловлажностные условия для твердения бетона, однако требуется большой расход пара (до 2 т на 1 м3 бетона), а также устройство паровых рубашек, трубопроводов и т.п. Применяют следующие разновидности паропрогрева: прогрев в паровой рубашке, при котором пар подается в замкнутое пространство, образованное вокруг прогреваемой конструкции паронепроницаемым ограждением, отстоящим от опалубки на 10-15 см. Этот метод эффективен для конструкций с большими поверхностями.
Применение тепляков, или шатров, создающих замкнутое пространство, внутри которого бетонируют и выдерживают конструкции в естественных условиях (без подогрева воздуха), не получило широкого практического распространения, а использование пленочных тепляков шатрового типа с подогревом воздуха внутри них является эффективным и прогрессивным способом зимнего бетонирования.
Технология бетонных работ в условиях сухого жаркого климата имеет ряд особенностей. Такие сложные климатические условия наступают при летней температуре наружного воздуха 35-40°С при относительной влажности 10-25%, интенсивной солнечной радиации и частых ветрах. Совокупное воздействие таких факторов приводит к быстрому обезвоживанию (высушиванию) бетона, что замедляет и даже прекращает процессы гидратации цемента. Вследствие быстрого высушивания бетона прочность его снижается почти на 50% по сравнению с бетоном, твердеющим в нормальных температурно-влажностных условиях.
Поэтому, чтобы обеспечить надлежащее качество бетонных и железобетонных конструкций водопроводных сооружений, возводимых в условиях сухого жаркого климата, необходимо применять такие методы приготовления, транспортирования, укладки и ухода за бетоном, которые бы препятствовали или сводили к минимуму его обезвоживание.
Так, при приготовлении смеси необходимо применять меры, обеспечивающие сохранение требуемой консистенции смеси к моменту ее укладки в опалубку. Этого можно достичь, в частности, за счет снижения температуры смеси в процессе ее приготовления, а также принятия мер против обезвоживания смеси при ее транспортировании, укладке и выдерживании при твердении бетона. Существенно снизить температуру смеси (до 20°С) при температуре наружного воздуха до 40°С и низкой относительной влажности можно путем смачивания охлажденной водой заполнителей и обдува холодным воздухом при подаче их в смеситель и т.д. С этой же целью иногда добавляют в воду затворения до 50 % льда (к ее массе).
Чтобы сохранить требуемую консистенцию смеси, в нее полезно вводить поверхностно-активные добавки (0,4-0,5 % массы цемента). В условиях сухого и жаркого климата следует увеличивать продолжительность перемешивания бетонной смеси на 30-50 %. При этом соблюдают такой порядок: вначале в бетоносмеситель загружают заполнитель, а также 2/3 расчетного количества воды и перемешивают в течение 1-2 мин. Затем добавляют цемент, остальную воду, вводят добавки и вновь перемешивают 3-4 мин.
Готовую бетонную смесь к месту укладки следует транспортировать в закрытой таре. Для этих целей наиболее подходят автобетоновозы и автобетоносмесители.
При транспортировании смеси необходимо избегать дальних перевозок, так как при этом она обезвоживается и теряет свою подвижность.
В целом, в условиях сухого и жаркого климата наиболее эффективна следующая технологическая схема: загрузка смеси на бетонном заводе в автобетоносмеситель, перевозка ее в сухом виде к месту укладки, добавление воды и перемешивание в автобетоносмесителе непосредственно у места бетонирования и немедленная укладка смеси в конструкции.
Перед укладкой смеси внутреннюю поверхность опалубки следует увлажнять. Формирующую поверхность опалубки из влагопогло-щающих материалов (дерева, фанеры) надо покрывать специальными составами или полимерными пленками, предотвращающими сцепление с бетоном, а также поглощение воды из него.
При подаче и распределении бетонной смеси необходимо избегать многократную ее перегрузку и быстрого ее обезвоживания. Исходя из этого, не следует подавать смесь в открытых транспортерах, а также длинными лотками и виброжелобами. Более целесообразна подача смеси бетононасосами по трубам или краном в бадьях большой емкости. При этом свободное падение смеси не должно превышать 1,5-2 м.
Процесс бетонирования желательно вести непрерывно.
Важное значение при бетонировании в условиях сухого и жаркого климата имеет своевременный и тщательный уход за бетоном. С этой целью открытые поверхности свежеуложенного бетона надо покрывать мешковиной, рогожами, брезентом; после укладки бетон через каждые 3-4 часа надо увлажнять.
Там, где имеются условия, например, при бетонировании подготовки или днища емкостных сооружений, их заливают водой через 6—12 ч после укладки смеси.
Однако, учитывая часто наблюдаемый дефицит источников воды в районах с сухим и жарким климатом, целесообразно применять так называемые «сухие» безвлажностные методы ухода за бетоном, в том числе твердение бетона под специальными, воздухонепроницаемыми навесами из пленки или посредством покрытия поверхности бетона различными составами. Конструкции небольших размеров можно сразу же после бетонирования накрывать легкими переносными шатрами из полихлорвиниловой пленки на каркасе из стальных трубок или стержней диаметром 16-20 мм. В этом случае при необходимой герметичности устройства внутри его создаются условия, близкие к мягкому режиму пропаривания.
Обезвоживание бетона можно также значительно снизить за счет ускорения его твердения, для чего следует применять высокоактивные, но мало усадочные цементы, ускорители твердения, а также методы тепловой обработки, в том числе при помощи герметичных пленочных навесов.