Экзотермический способ выдерживания бетона

Обновлено: 15.05.2024

Технические рекомендации
по технологии бетонирования безобогревным способом монолитных конструкций
с применением термоса и ускоренного термоса

Дата введения 1999-01-01

ВНЕСЕНЫ Управлением развития Генплана

УТВЕРЖДЕНЫ Первым заместителем руководителя Комплекса перспективного развития города Е.П.Заикиным 25 декабря 1998 года

Рекомендации по технологии бетонирования безобогревным способом монолитных конструкций с применением термоса и ускоренного термоса разработаны лабораторией сборного домостроения НИИМосстроя (к.т.н. Ф.С.Белавин, научные сотрудники З.И.Глухова и И.Р.Младова) при участии Мосстройлицензии (Ю.П.Емельянов).

Метод термоса основан на использовании тепла, вводимого в бетон путем прогрева материалов или бетонной смеси до ее укладки в опалубку, и экзотермического тепла, выделяемого цементом в процессе твердения бетона.

Ускоренный термос - это условное название технологии бетонирования монолитных конструкций без предварительного прогрева исходных материалов или бетонной смеси за счет введения в нее противоморозных добавок, что позволяет: снизить критическую прочность бетона в конструкциях с ненапрягаемой арматурой; сократить время выдерживания конструкций до снятия ненесущей опалубки и утеплителя; бетонировать конструкции при более низких отрицательных температурах наружного воздуха. Ускоренный термос - это технологически простой, удобный и экономически выгодный способ зимнего бетонирования.

Рекомендации разработаны с учетом требований СНиП 3.03.01-87 "Несущие и ограждающие конструкции", а также с использованием материалов по методам зимнего бетонирования, опубликованных после 1975 года.

Рекомендации согласованы с Управлением развития Генплана, АОХК "Главмосстрой", НИИЖБом Госстроя РФ, ГП "Мосгосэкспертиза".

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие рекомендации распространяются на производство бетонных и железобетонных работ в зимнее время с применением термоса и ускоренного термоса при строительстве на территории Москвы и Московской области.

1.2. Замораживание бетона в раннем возрасте отрицательно влияет на его свойства после оттаивания при последующем твердении вследствие необратимого разрушающего воздействия мороза на структуру бетона. Поэтому в соответствии с требованиями главы СНиП 3.03.01-87 "Несущие и ограждающие конструкции" не допускается замерзание бетона в конструкциях до достижения им критической* прочности, которая должна составлять от проектной:

а) для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой:

для бетонов классов: В 15 (М 200) и ниже - 50%

В 22,5-В 25 (М 300-М 350) - 40%;

В 30 (М 400) и выше - 30%;

б) для конструкций с предварительно напрягаемой арматурой - 80%.

* Критической называется прочность бетона, в % от марочной, после достижения которой бетон может быть заморожен без снижения прочности и других показателей в процессе последующего твердения после оттаивания.

1.3. Для достижения бетоном прочности, требуемой проектом при твердении в зимних условиях без искусственного обогрева, технологически наиболее простым и экономичным является метод термоса, основанный на принципе использования тепла, введенного в бетон путем прогрева материалов или бетонной смеси до укладки ее в опалубку, и экзотермического тепла, выделяемого цементом в процессе твердения бетона.

Общий запас тепла должен соответствовать его потерям при остывании конструкции (при соответствующем утеплении) до набора бетоном заделанной прочности (критической или распалубочной).

1.5. С целью сокращения сроков твердения бетона ускоренный термос может применяться в сочетании с методами электрообогрева или электропрогрева бетона.

1.6. Ускоренный термос, как и обычный термос, применяют при производстве бетонных и железобетонных работ в зимних условиях при среднесуточной температуре наружного воздуха +5 °С и минимальной ниже 0 °С.

Наиболее экономичные методы выдерживания бетона монолитных конструкций при зимнем бетонировании приведены в табл.1.

Выбор наиболее экономичного метода выдерживания бетона при зимнем бетонировании монолитных конструкций

При среднесуточной температуре наружного воздуха ниже 5 °С и минимальной суточной температуре ниже 0 °С необходимо принимать специальные меры по выдерживанию уложенного бетона (раствора)1 в конструкциях и сооружениях, бетонируемых на открытом воздухе.

Способ выдерживания бетона при зимнем бетонировании должен быть установлен в ППР на основании технико-экономического сопоставления способов для конкретных условий. Бетон может быть выдержан способами, указанными в рекомендуемом прил. 9 СНиП 3.03.01-87, а также:

Экзотермическим способом, в том числе с компенсационным обогревом, при обеспечении саморазогрева всего объема уложенного бетона;

В обогреваемых тепляках, коробах, оболочках, под съемными колпаками и в других подобных ограждающих конструкциях;

Комбинированными способами, сочетающими способы активного прогрева уложенного бетона с последующим выдерживанием его способом термоса.

Способ термоса следует применять при обеспечении начальной температуры уложенного бетона в интервале от 5 до 10° С и последующем сохранении средней температуры бетона в этом интервале в течение 5 - 7 сут.

Экзотермический способ следует применять при обеспечении начальной температуры уложенного бетона не ниже 15 °С (по всему объему конструкции, в том числе по контакту с ранее уложенным бетоном и основанием) при теплозащитных свойствах ограждающих конструкций опалубки, когда уровень теплопотерь не превышает 60 % тепла, выделяемого бетоном в интенсивный период саморазогрева (в течение первых 3 сут).

Выдерживать бетон без обогрева за счет введения противоморозных добавок следует в случаях, когда невозможно обеспечить температуру уложенного бетона в интервале от 5 до 10 °С в течение первых 5 - 7 сут. Нормальной температурой среды для твердения бетона условно считается 15 . 20°С. При пониженной температуре прочность бетона нарастает медленнее, чем при нормальной. При температуре бетона ниже 0 °С твердение практически прекращается, если только в бетон не добавлены соли, снижающие точку замерзания воды. В зимний период наблюдаются частые переходы температуры через 0 °С, что непосредственно отражается на твердении бетона. Бетон, начавший твердеть, а затем замерзший, после оттаивания продолжает твердеть в теплой среде, причем, если он не был поврежден замерзающей водой в самом начале твердения, прочность его постепенно нарастает, однако, как правило, отстает от роста прочности бетона, твердевшего при нормальной температуре.

Бетон, укладываемый зимой, должен зимой же приобрести прочность, достаточную для распалубки, частичной нагрузки или даже для полной загрузки сооружение Замерзание бетона в раннем возрасте влечет за собой значительное понижение его прочности после оттаивания и в процессе дальнейшего твердения по сравнению с нормально твердевшим бетоном. Это объясняется тем, что свежий бетон насыщен водой, которая при замерзании расширяется и разрывает связи между поверхностью заполнителей и слабым цементным камнем. Прочность бетона тем ближе к нормальной, чем позже он был заморожен. Кроме того, из-за раннего замораживания значительно уменьшается сцепление бетона со стальной арматурой в железобетоне.

При любом способе производства бетонных работ бетон следует предохранить от замерзания до приобретения им минимальной (критической) прочности, которая обеспечивает необходимое сопротивление давлению льда и сохранение в последующем при положительных температурах способности к твердению без значительного ухудшения основных свойств бетона.

При использовании быстротвердеющего высокопрочного цемента необходимое время выдерживания сокращается примерно в полтора раза. Если к бетону предъявляются высокие требования по динамическим свойствам, водонепроницаемости и морозостойкости, то его следует предохранять от замерзания до достижения марочной прочности, так как замораживание при минимальной прочности, не сказываясь заметно на прочности бетона при сжатии, может нарушить его структуру и ухудшить эти особые свойства.

При введении в бетон повышенного количества солей - хлористого кальция СаС12, хлористого натрия NaCl, нитрата натрия NaN03, поташа К2С03 — он приобретает способность медленно твердеть при отрицательных температурах, так как соли понижают точку замерзания воды и сохраняют жидкую фазу в бетоне. Количество соли, добавленное в бетон, зависит от ожидаемой средней температуры твердения бетона.

Бетонная смесь с добавкой поташа быстро густеет и схватывается, что затрудняет ее укладку в опалубку Для сохранения удобоукладываемости бетонной смеси с поташом в нее добавляют СДБ или мылонафт Для приготовления бетонной смеси с противоморозными добавками можно использовать холодные заполнители, укладывать бетонную смесь с температурой до —5°С.

Бетон с добавкой нитрита натрия при температуре —5 °С твердеет медленнее, а при температурах ниже —10 °С почти так же, как бетон с добавкой хлористых солей.

Способ зимнего бетонирования с применением противоморозных добавок прост и экономичен, но большое количество соли, вводимой в бетон, может ухудшить структуру, долговечность и некоторые особые свойства. При эксплуатации конструкции во влажных условиях имеется опасность коррозии арматуры от действия хлористых солей (нитрит натрия и поташ коррозии не вызывают). Кроме того, образующиеся в процессе твердения бетона с добавками едкие щелочи могут вступить в реакцию с активным кремнеземом, содержащимся в некоторых заполнителях, и вызвать коррозию бетона.

Поэтому бетон с противоморознымн добавками не рекомендуется применять в ответственных конструкциях, в конструкциях, предназначенных для эксплуатации во влажных условиях, при наличии реакционноспособного кремнезема в зернах заполнителя, а бетон с хлористыми солями — в железобетонных конструкциях.

Электротермообработка бетона относится к методу искусственного прогрева, суть которого сводится к повышению температуры свежеуложенного бетона до максимально допустимой и поддержанию ее в течение времени, за которое конструкция наберет критическую или заданную в проекте прочность.

К методам электотермообработки относятся: электродный прогрев, индукционный нагрев, метод греющего провода и т. п.

Электротермообработка бетона при возведении монолитных конструкций в зимних условиях применяется для предотвращения замораживания бетона и ускорения его твердения при любой температуре наружного воздуха.

Электротермообработку бетона наиболее эффективно производить до приобретения им прочности 50-60% проектной. Дальнейшая тепловая обработка мало эффективна, т. к. нарастание прочности идет медленно, а расход электроэнергии резко возрастает.

Температурные режимы электротермообработки бетона характеризуются: скоростью подъема температуры, температурой

изотермического выдерживания и его продолжительностью, скоростью остывания разогретой конструкции.

Изотермический прогрев производится при максимально допустимой температуре: при модуле поверхности до 10 и в зависимости от вида цемента от 75 до90°С, а при М> 10 в пределах 70-80°С.

Продолжительность изотермического прогрева может

определяться по графикам [5].

Во всех случаях разогрев бетона должен осуществляться при его

температуре не ниже 2°С.

Режимы электротермообработки бетона приведены на рис.4.2

Наивысшая допустимая температура бетона при электротермообработке 90°С для конструкций с модулем поверхности М

На рис.4.2.а показан разогрев и изотермический прогрев, при котором требуемая прочность достигается к моменту окончания изотермического выдерживания.

Дополнительный прирост прочности за время остывания не учитывается. Данный режим рекомендуется для конструкций с М>10.

Режим разогрева, изотермического выдерживания и - остывания (рис.4.2.б) рекомендуется для конструкций с 6

В случае если технологический процесс ограничен по времени, то может быть использован режим. «разогрев-остывание», минуя этап изотермического выдерживания (рис.4.2.в). Такой режим применяют для массивны^ конструкций с модулем поверхности не более 8.

Для предварительно напряженных конструкций применяют ступенчатый подъем температуры (рис.4.2.г). Сначала производится подъем температуры до 40-50°С, потом изотермическое выдерживание в течение расчетного времени (т2=1-3ч). Затем следует быстрый подъем температуры до 80-90°С (или максимально допустимой для данной конструкции) с изотермическим выдерживанием.

Заданная прочность может достигаться как к концу этого, этапа изотермического выдерживания, так и к моменту остывания конструкции за период т3.

Так как термоэлектрообработка - процессе энергоемкий, то необходимо стремиться к его наименьшей продолжительности за счет использования быстротвердеющих цементов, составов бетона с минимальным в/ц, применения ускорителей твердения, учета набора прочности бетона при его остывании.

Процесс термоэлектрообработки бетона требует повышенных мер электробезопасности. Электропрогрев армированных конструкций производится при напряжении не свыше 127В, а для неармированных конструкций, греющей опалубки и в ряде других случаев допускается производство работ при напряжении до 380В.

Сущность теплотехнического расчета при электротермообработке бетона заключается в определении удельной мощности необходимой для

разогрева їм3 бетона до необходимой заданной температуры Р! и мощности, требуемой для изотермического прогрева 1 м3 бетона - Р2.

а - разогрев и изотермический прогрев; б - разогрев, изотермический прогрев и остывание; в - разогрев и остывание; г - ступенчатый подъем температуры; Ті - продолжительность подъема температуры; т2 - продолжительность изотермического прогрева; т3 - продолжительность остывания.

Р5, Р0, Рв. п - соответственно мощности, необходимые для нагревания бетона, опалубки и восполнения теплопотерь а окружающую среду.

Р4=0,8 кВт/m3- среднее значение мощности, эквивалентное экзотермическому теплу, выделяемому ІМ3 бетона; р - скорость подъема температуры бетона, град/ч; Со - удельная теплоемкость материала опалубки КДж/(кг-К); уо - плотность материала утеплителя опалубки, кг/м3; 9и - температура изотермического выдерживания, град; 5 - толщина стенок опалубки, м. Остальные обозначения те же, что при теплотехнических расчетах метода термоса.

Значение мощности Р2 определится из следующего соотношения:

Удельные мощности Pi и Р2 можно определить по табл. 4.3 и 4.4.

Требуемый расход электроэнергии W в кВт-ч на 1м3 бетона может быть рассчитан по формуле:

W = Р1- Ту+Р2 ■Т2=Р1-Н - в-6н +Р2-Т2 (4.6)

где її и т2- соответственно время разогрева бетона до заданной расчетной температуры изотермического выдерживания 6и и время изотермического выдерживания, ч.

1.1. Сущность способа заключается в нагревании бетона за счет подогрева заполнителей и воды или бетонной смеси на строительной площадке до укладки ее в опалубку и использовании тепла, выделяющегося при твердении цемента, для приобретения бетоном заданной прочности в процессе его медленного остывания в утепленной опалубке.

1.2. Областью наиболее экономичного применения метода «термоса» в соответствии с указаниями СНиП 3.03.01-87 являются массивные монолитные фундаменты, блоки, плиты, стены, колонны, рамные конструкции с разными значениями модуля поверхности (Мп), а также температурных режимов подогрева и выдерживания бетонной смеси (таблица 1).

* Модуль поверхности бетонируемой конструкции определяется отношением суммы площадей охлаждаемых поверхностей конструкций к ее объему и имеет размерность «М -1 ».

1.3. В технологической карте приводятся:

указания по подготовке конструкций к бетонированию; профессиональный и численно-квалификационный состав рабочих; выбор параметров выдерживания бетона; указания по контролю качества и приемке работ; потребность в материально-технических ресурсах; решения по технике безопасности.

1.4. Метод «термоса» включает:

обычный «термос» при укладке бетонной смеси в опалубку с начальной температурой ( t _бн ) 10, 20, 30 °С;

предварительный электроразогрев бетонной смеси на строительной площадке до 50 - 70 °С с помощью электродов с питанием от сети переменного тока с напряжением 380 (220, 127) В.

1.5. В настоящей карте приводятся методические примеры определения модуля поверхности, пользования картой, определения прочности бетона и расчета подбора электрической мощности (приложения 1, 2, 3, 4).

Рекомендуемая номенклатура монолитных конструкций, выдерживаемых с применением метода «термоса»

Температура наружного воздуха t _нв , °С

Температурные условия укладки бетонной смеси

с температурой укладываемой бетонной смеси t б.н. = 25 - 30 ° C

с температурой укладываемой бетонной смеси t б.н. = 50 ° C

способ выдерживания бетона

С добавками - ускорителями твердения

Фундаменты, массивные плиты и стены толщиной 40 - 50 см, балки высотой 70 см

Фундаменты, колонны сечением 50 - 70 см и балки высотой 50 - 70 см, стены и плиты толщиной 25 - 30 см

С добавками - ускорителями твердения

Рамные конструкции, колонны сечением 30 - 40 см, плиты и стены толщиной 20 - 25 см, балки высотой 30 - 40 см, покрытие дорог

В сочетании с греющей опалубкой

С добавками - ускорителями твердения и нитритом натрия

В сочетании с греющей опалубкой

2.1. Картой предусматривается укладка бетонной смеси на отогретое и подготовленное к бетонированию основание, для чего:

основание очищается от снега и наледи, пятен мазута, нефти, битума и масел, а имеющиеся трещины заполняются цементным раствором;

удаляются поверхностная цементная пленка со всей площади бетонирования, а также, наплывы и раковины, поверхность старого бетонного основания обрабатывается струей сжатого воздуха.

Ранее уложенный бетон и промерзшее основание отогреваются на глубину 300 мм. Мерзлые пучинистые грунты отогреваются до положительной температуры на глубину не менее 500 мм;

отогревание основания и соприкасающихся элементов конструкции выполняется в тепляках (из брезента, фанеры и т.п.) способом электропрогрева с помощью вертикальных или горизонтальных электродов или прогревом жидкостно-топливными нагревателями. Отогрев производится способами, не вызывающими снижения качества бетона;

способ отогрева основания выбирается с учетом имеющегося оборудования, температуры наружного воздуха, типа утепленной опалубки, размеров конструкции, стоимости энергоресурсов и требуемой глубины отогрева.

2.2. Опалубка и арматура перед бетонированием также очищается от снега, наледи, цементной пленки и грязи струей горячего воздуха. Не допускается снимать наледь паром или горячей водой.

2.3. Арматура диаметром более 25 мм, а также арматура из жестких прокатных профилей и крупные закладные детали, при температуре наружного воздуха ниже -10 °С отогреваются до положительной температуры.

2.4. Перед началом бетонирования конструкции проверяются:

наличие исправного оборудования и необходимых механизмов для укладки и уплотнения бетонной смеси с заданной интенсивностью в зимних условиях;

подготовленность опалубки и теплоизоляции, а также мест укладки бетонной смеси и наличие средств защиты уложенного бетона от снега, дождя, ветра;

наличие освещения для работы в вечерние и ночные смены.

2.5. Допустимое время нахождения бетонной смеси в пути от момента выгрузки из бетоносмесителя до начала укладки в конструкцию, устанавливается строительной лабораторией в зависимости от вида цемента, состояния погоды и начальной температуры бетонной смеси. Допустимое время, исходя из условий удобоукладываемости, не должно превышать:

30 мин при температуре смеси t _б. _c _. = 40 °С

45 мин при температуре смеси t _б. _c _. = 20 - 30 °С

120 мин при температуре смеси t _б. _c _. = 5 - 10 °С.

2.6. Оптимальная температура отпускаемой с завода бетонной смеси составляет 30 °С, а с учетом предварительного разогрева бетонной смеси у места укладки 10 °С. Предварительный разогрев бетонной смеси на строительном объекте предусмотрен на специально подготовленной площадке (рис. 1).

2.7. Расчет подбора необходимой электрической мощности для предварительного разогрева бетонной смеси производится с учетом требуемой температуры разогрева, температуры смеси после транспортирования, ее удельного сопротивления, емкости бункеров для разогрева смеси (приложение 3).

2.8. Укладка бетонной смеси послойно производится темпами, не допускающими время перекрытия каждого слоя более 2,5 - 3 ч. Предварительно допустимая продолжительность перекрытия слоев должна назначаться строительной лабораторией. При цементах с началом схватывания не менее 1 ч 30 мин допустимая продолжительность перекрытия слоев бетонной смеси назначается расчетными данными (таблица 7).

2.9. Величина снижения температуры бетонной смеси за время ее укладки и уплотнения приводится в зависимости от толщины, высоты бетонируемой конструкции и длительности укладки и уплотнителя смеси (таблица 6).

2.10. Перепад температуры между открытой поверхностью бетонируемой конструкции и наружным воздухом для предотвращения появления трещин в конструкциях не должен превышать:

20 °С для монолитных конструкций с Мп < 5

30 °С для монолитных конструкций с Мп ³ 5.

В случае невозможности соблюдения указанных условий поверхность конструкции после распалубливания укрывается брезентом, толью, щитами и т.д.

2.11. После укладки бетонной смеси в опалубку открытые поверхности бетона укрываются полиэтиленовой пленкой и теплоизоляцией в виде минераловатных плит для сохранения требуемой температуры.

2.12. Основными параметрами термосного выдерживания монолитных конструкций являются марка цемента, его расход на 1 м 3 бетона, класс бетона и его начальная температура, температура наружного воздуха, модуль поверхности, коэффициент теплопередачи опалубки, продолжительность остывания бетона (таблицы 2 и 3).

2.13. Прочность бетона в конструкции в % от R ₂₈ определяется по результатам измерения температуры твердеющего бетона в соответствии с п. 2.14. Ориентировочно для этого можно пользоваться графиками нарастания прочности (рис. 2, 3). График нарастания прочности бетона при различных температурах подготавливается строительной лабораторией в процессе подбора состава бетона. При определении прочности бетона по кривым нарастания прочности рассчитывается средняя температура бетона для интервала времени, перепад температур в котором не превышает 10 °С. В настоящей карте приводится пример определения прочности бетона по графику нарастания прочности (приложение 3).

2.15. При снятии с бетонируемых конструкций опалубки или теплоизоляции соблюдаются следующие требования:

не допускается распалубливание или снятие теплоизоляции с конструкции, если температура бетона в ее центре продолжает повышаться;

снятие с конструкции опалубки и теплоизоляции разрешается не ранее достижения в контрольной точке требуемой прочности.

опалубка или тепловая изоляция конструкции снимается, когда температура бетона в наружных слоях конструкции достигает +5 °С и не позже, чем слои остынут до 0 °С. Не допускается примерзание опалубки, гидро- и теплоизоляции к бетону;

распалубка и снятие теплозащиты с монолитных массивных конструкций с Мп £ 2 допускается при перепаде температур между центром конструкции и средней температурой наружного воздуха (в ближайшие 10 дней после распалубки) не более 30 °С при оптимальной теплоизоляции и 27° С при теплоизоляции выше оптимальной.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕРМОСНОГО ВЫДЕРЖИВАНИЯ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Конечная прочность бетона 40 % от R ₂₈

ТЕХНОЛОГИЯ БЕТОНИРОВАНИЯ БЕЗОБОГРЕВНЫМ СПОСОБОМ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕРМОСА И УСКОРЕННОГО ТЕРМОСА. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ (извлечение из ТР 80-98)

Аннотация:

Дата введения 1999-01-01

РАЗРАБОТАНЫ НИИМосстроем при участии Мосстройлицензии.

ВНЕСЕНЫ Управлением развития Генплана.

УТВЕРЖДЕНЫ Первым заместителем руководителя Комплекса перспективного развития города Е.П.Заикиным 25 декабря 1998 года.

Рекомендации распространяются на производство бетонных и железобетонных работ в зимнее время с применением термоса и ускоренного термоса при строительстве на территории Москвы и Московской области.

В рекомендациях представлены требования к материалам и особенности подбора состава бетона, определение длительности остывания, прочности бетона и температурного режима конструкций, область применения термоса и ускоренного термоса, выбор наиболее экономичного метода выдерживания бетона при зимнем бетонировании монолитных конструкций, рекомендуемые противоморозные добавки, области применения бетонов с добавками нитрита натрия и нитродапа, требования к приготовлению, транспортированию, укладке бетонной смеси, контроль за производством работ и качеством бетона, требования безопасности, охрана окружающей среды.

В приложениях даны расчеты продолжительности остывания бетона, графики нарастания прочности различных марок бетона в зависимости от марок цемента и температуры, коэффициенты теплопередачи опалубок различной конструкции, табличный метод расчета выдерживания бетона и выбор тепловой защиты конструкций различной массивности, номограмма для определения термического сопротивления теплоотдаче опалубки в зависимости от расчетной скорости ветра и термических сопротивлений слоев опалубки соответствующих толщин и коэффициентов теплопроводности, список литературы.