Зимнее бетонирование при монолитном строительстве
Рассматриваются проблемы, возникающие в практике монолитного бетонирования при низких и отрицательных температурах, а также пути их решения.
Монолитные бетонные и железобетонные конструкции находят все более широкое применение при строительстве гражданских зданий, особенно многоэтажных и высотных. Переход к методам монолитного домостроения неслучаен. Строительство из монолитного бетона позволяет проектировщикам и архитекторам воплотить самые смелые по архитектурной выразительности, проекты зданий, осуществить свободную планировку квартир.
Практика монолитного строительства в г. Москве, регулярные комиссионные обследования объектов монолитного домостроения, а также результаты научно-технического сопровождения ряда объектов выявили ряд проблем, решение которых позволит сделать монолитное бетонирование круглогодичным, ускорить процесс возведения монолитных зданий, повысить качество бетона и конструкций из него.
К этим проблемам следует отнести следующие:
отсутствие надлежащего контроля бетонных смесей при их доставке на объект, из-за чего невозможно установить данные о температуре смеси, её подвижности;
недоуплотнение бетона, ведущее к нарушению сплошности конструкций, оголению арматуры, снижению её несущей способности;
отсутствие контроля температуры твердения бетона, что часто ведет к недобору прочности в контролируемом возрасте;
нарушение технологии прогрева бетона в монолитных конструкциях, что обусловливает недобор прочности как в промежуточном, так и в проектном возрасте;
некачественная подготовка опалубки, в том числе использование некачественной смазки, приводящее к искривлению конструкций и некачественной поверхности;
применение арматурной стали, пораженной поверхностной коррозией (ввиду её неправильного складирования); несоблюдение толщины защитного слоя бетона.
Особенно ответственным периодом монолитного строительства является бетонирование в зимнее время. Как показывает практика, при отрицательных температурах скорость бетонирования резко снижается или оно вообще прекращается (как это было в прошедшую достаточно суровую зиму). Как же создать условия для всесезонного монолитного бетонирования и твердения бетона в экстремальных условиях?
Основной причиной нетвердения бетона при низких температурах является тот факт, что при низких положительных температурах портландцемент твердеет очень медленно, а при отрицательных - вода, не вступившая в реакцию с цементом, замерзает, т.е. переходит в лед, увеличиваясь в объеме на 9%. При этом в бетоне, который ещё не набрал достаточной прочности, возникают внутренние напряжения, приводящие к нарушениям его внутренней структуры. При последующем повышении температуры бетона твердение возобновляется, но не все нарушения структуры исчезают. В результате ~ недобор прочности. Кроме того, раннее замораживание монолитного бетона в конструкции вызывает снижение сцепления арматуры и зерен заполнителя с цементным камнем ввиду образования вокруг стержней арматуры и заполнителя ледяных корок. Эти негативные процессы обусловливают снижение несущей способности конструкций и их долговечности.
Бетон, укладываемый при отрицательной температуре, должен приобрести определенную прочность(распалубочную - для частичной нагрузки, или полную). Чем больше времени проходит от укладки до замерзания воды в бетонной смеси, тем прочность бетона будет ближе к проектной и тем меньше образуется внутренних микродефектов, которые отрицательно сказываются на его долговечности.
Нормами регламентируется значение критической прочности бетона, являющейся минимальной, при которой обеспечивается необходимое сопротивление давлению образующегося льда и сохранение в последующем при положительных температурах способности к твердению без ощутимого ухудшения прочности и других свойств. Величина критической прочности зависит от требуемого проектного класса бетона, времени и температуры бетонной смеси до замерзания. В таблице приведены величины критической прочности согласно СНиП 3.03.01-87.
Указанные в таблице показатели прочности должны соблюдаться в обязательном порядке при отрицательной температуре окружающего воздуха во избежание недобора прочности после твердения при нормальной температуре. К моменту загрузки конструкции прочность должна достигнуть 100% проектной прочности.
Ускорение твердения бетона достигается двумя способами: использованием внутреннего запаса тепла бетона и дополнительной подачей тепла извне.
При первом способе применяются высокопрочные и быстротвердеющие, а также тонкомолотые портландцемента, в том числе цемент низкой водопотребности, добавки-ускорители твердения. Необходимо стремиться уменьшить количество воды затво-рения за счет применения пластифицирующих, пластифицирующее воздухововлекающих добавок, суперпластификаторов.
Класс бетона Критическая прочность к моменту замерзания, % от RM
без добавок с противоморозными добавками (антифризами)
В7.5-В10 50 30
В12.5-В25 40 25
ВЗО и выше 30 20
Для преднапряженных конструкций 80
Для конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию в водона-сыщенном состоянии 70
Внутренняя температура бетона зависит от количества выделяемого тепла при гидратации цемента (экзотермии цемента), но этого запаса тепла не хватает для достижения критической прочности в короткие сроки, а при низких температурах нужной прочности невозможно достичь без дополнительных мероприятий. Температура бетонной смеси перед укладкой в массивные конструкции должна быть не ниже 5°С, а в тонкостенные - 20°С. Обеспечить эти условия только за счет экзотермии цемента не всегда удается, особенно при низких отрицательных температурах. Поэтому внутренний запас тепла увеличивают путем подогрева составляющих бетонной смеси (воды, заполнителей). При этом температура бетонной смеси при выходе из смесителя не должна превышать 30°С, в противном случае она быстро теряет свою подвижность. Это отрицательно сказывается на укладке и уплотнении бетонной смеси, что приводит к её недоуплотнению. Добавлять же воду категорически запрещается.
Такой способ создания внутреннего тепла не всегда подходит для условий приготовления, транспортирования и укладки бетонной смеси. Тем более, что часто транспортирование бетонной смеси на объект занимает 30 и более минут. Использование же автобетоновозов с утепленной чашей еще не вошло в практику.
Подогрев бетонной смеси до 50-70°С перед её укладкой является эффективным способом, позволяющим в короткие сроки достичь критической прочности. Для сохранения накопленного внутреннего тепла необходимо применять утепленные опалубки, укрывать горизонтальные открытые поверхности теплоизоляционным материалом с характеристиками, соответствующими теплотехническому расчету. Этот способ зимнего бетонирования, называемый способом термоса, широко применяется в монолитном строительстве. Практика показывает, что этот способ достаточно эффективен при бетонировании массивных конструкций при температурах наружного воздуха не ниже -10-15°С в зависимости от вида применяемого цемента, температуры смеси перед укладкой и т.д.
При бетонировании сравнительно тонкостенных конструкций при более низких температурах, для достижения распалубочной прочности в короткие сроки применяют подачу тепла извне сразу после укладки и уплотнения бетонной смеси.
В «Руководстве по прогреву бетона в монолитных конструкциях» (РААСН, НИИЖБ, 2005 г.) подробно описаны методы прогрева бетонных смесей до и после укладки.
Тепловая обработка является практически единственным способом ускорения твердения бетона, а в зимнее время - условием достижения прочности монолитных бетонных и железобетонных конструкций.
По современным представлениям, сущность влияния температуры на гидратацию цемента заключается в изменении химической активности воды. С повышением температуры активность воды возрастает вследствие распада крупных ассоциатов из молекул воды на более мелкие. Молекулы воды становятся подвижнее, а их взаимодействие с частицами цемента интенсивнее, что способствует более быстрой гидратации и набору прочности бетона.
В настоящее время прогрев бетона монолитных конструкций осуществляется различными способами, в зависимости от типа конструкций, опалубки, характеристик бетона и т.д.
Режимы прогрева бетона должны выбираться таким образом, чтобы уменьшить негативные изменения в его структуре. Этому содействуют следующие мероприятия, которые достаточно широко применяются при бетонировании в зимнее время:
предварительное выдерживание для достижения начальной прочности, равной критической, в процессе которого часть воды связывается с минералами цементного клинкера, адсорбируется на поверхности субмикрокристаллов новообразований и частично испаряется (способствует уменьшению количества «лишней» воды в бетоне); уменьшение скорости подъема температуры, которое обеспечивает опережение прироста прочности бетона по сравнению с ростом внутреннего давления, возникающего в нем, тем самым создавая необходимое сопротивление этому давлению.
Как видно, эти мероприятия требуют много времени, что при современных темпах монолитного строительства в большинстве случаев неприемлемо. Поэтому НИИЖБ (Л.А. Малинина, Б.А. Крыловидр.) предложены различные способы интенсификации твердения бетона при прогреве, минимизирующие в то же время деструктивные процессы, обычно возникающие при тепловлажностной обработке бетона. Основное условие такого прогрева - это мягкий режим, под которым подразумевают медленный подъем температуры (10_ 15°С/час, не более) до температуры изотермического прогрева, а также соблюдение требований по температуре изотермического прогрева в зависимости от модуля поверхности конструкции (исследования НИИМосстроя показали, что температуру изотермического прогрева целесообразно снизить на 8_12°С по сравнению с указанными в СНиП 3.03.01-87 для исключения внутренних деструктивных процессов).
Учитывая важность бетонных работ в зимнее время, в учебном центре при ГУП «НИИМосстрой» проведены тематические семинары по зимнему бетонированию, где выступили и*вестные ученые в данной области (доктор техн. наук Б.А. Крылов, канд. техн. наук М.М. Бруссер и др.). Большое внимание было уделено рациональным методам прогрева бетона в монолитных конструкциях, которые обеспечивают набор начальной (критической) прочности бетона. Было отмечено, что только одним прогревом бетона не всегда можно достичь требуемых результатов. Поэтому важное значение имеет применение противоморозных добавок. Применение этих добавок способствует понижению температуры замерзания воды в бетонной смеси, что обеспечивает проведение бетонных работ и твердение бетона даже при отрицательных температурах и достижение критической прочности в более короткие сроки.
В практике зимнего бетонирования нашли применение различные противоморозные добавки: формиат натрия, ЛИГНОПАН Б-4, нитрит натрия, РЕЛАКСОЛ-2, СЕМПЛАСТ КРИО и др. Для достижения необходимого эффекта их необходимо дозировать. Как правило, все они работают до температуры —15°С. Некоторые добавки обладают комплексным действием (чаще пластифицирующим и ускоряющим твердение). Выбор добавки должен осуществляться на основании лабораторных и опытных проверок в производственных условиях с учетом экономической оценки.
Для обеспечения качества бетона в конструкциях при монолитном строительстве необходимо организовать контроль за производством бетонных работ, особенно в зимнее время. С этой целью при невозможности организации контроля соответствующими службами строительных организаций (застройщиком) необходимо проводить научно-техническое сопровождение строительства силами специализированных НИИ, центров, лабораторий, имеющих в своем составе квалифицированных специалистов с необходимым арсеналом измерительных средств и приборов. Этот вид контроля подразумевает не просто контроль прочности бетона в конструкциях в различные сроки, а сквозной контроль всех работ, включающий входной контроль бетонных смесей, подготовку и сборку опалубки, качество армирования и арматурных изделий, процесс бетонирования, устройство прогрева и температуры бетона в зимнее время и правильности ухода за бетоном при повышенных температурах и т.д. Такая организация контроля позволяет исправить недостатки или дефекты на любой стадии монолитного строительства, обязать производителей работ выполнять требования нормативно-технических документов и проекта. Бетонные работы являются самыми ответственными из строительно-монтажных работ, от которых зависит как безопасность строительства, так и долговечность зданий и сооружений. Поэтому контроль качества этих работ является необходимой обязанностью всех участников строительного процесса. |
