Указания по разработке технологических карт

При разработке технологических карт на бетонирование монолитных конструкций с прогревом бетона нагревательными проводами следует учитывать следующие работы:

- ограждение участка работ, размещение трансформаторов, инвентарных секций электроразводки для коммутации нагревательных проводов, щитов подключения трансформаторов. Обеспечение работ нагревательными проводами, вязальной проволокой электро- и теплоизоляционными материалами, и др.

- укладка (навивка) и закрепление нагревательных проводов, присоединение изолированных монтажных отводов и подключение к инвентарным секциям;

- укрытие и утепление неопалубленных открытых поверхностей;

- утепление, при необходимости, опалубки;

- прогрев бетона с обслуживанием нагревательного оборудования и контролем заданного режима термообработки бетона;

    Схема производства работ представалена на рис.6.

   Условные обозначения:

Затраты электроэнергии на термообработку 1 м³ составляют 70-80 кВтч.

Нормативные затраты труда на работы, связанные с прогревом, составляют 4-7 чел.-ч на 1 м³ бетона. Работы выполняет бригада (арматурщики, бетонщики, электрики) в составе из 4-6 рабочих.

Провод при установке крепится снаружи к арматурным каркасам или к арматурным сеткам так, чтобы он располагался в наиболее защищенной от механических повреждений зоне при бетонировании, т.е. между арматурой и опалубкой.

Крепление проволочного нагревателя к арматуре производится без сильного натяжения (с усилием до 3-5 кг) мягкой вязальной проволокой диа­метром не менее 1,2 мм, отрезками изолированного провода или полипропиле­новым шпагатом. При этом строго соблюдается целостность изоляции и несмещаемость при укладке бетонной смеси и ее виброуплотнении. При уста­новке в углах конструкции с режущими кромками под провод укладывается дополнительная электроизоляция (пластмассовый кембрик, пластмассовые фиксаторы и т.п).

Во избежание расплавления и обгорания изоляции, замыкания на бе­тонную массу и перегорания токопроводящих жил оба конца провода соеди­няются отводами из изолированного монтажного одножильного медного провода с жилой сечением не менее 2,5 мм². Закодированные соединения греющих проводов с отводами должны располагаться в бетоне после укладки смеси. Вторые концы отводов из медного одножильного провода соединяют­ся с инвентарной кабельной или из инвентарных секций шинопроводов элек­троразводкой открытого типа, подводящей электропитание к греющим про­водам. При этом подключение греющих проводов производится таким обра­зом, чтобы обеспечивалась равномерная загрузка всех трех фаз трансформа­тора. В случае выполнения греющего провода требуемой длины из несколь­ких частей они соединяются между собой скрутками, надежно изолируются в бетонной смеси.

Требования к качеству работ

Производственный контроль качества электрообогрева осуществляют прорабы и мастера с участием специалистов энергетических служб строительных организаций.

Производственный контроль включает входной контроль электротехнического оборудования, применяемых материалов и бетонной смеси, операционный контроль отдельных производственных операций и приемочный контроль качества монолитной конструкции.

А) входной контроль

При входном контроле электротехнического оборудования, используемых материалов и бетонной смеси проверяют внешним осмотром их соответствие нормативным и проектным требованиям, а также наличие и содержание паспортов, сертификатов и других сопроводительных документов. По результатам входного контроля должен заполняться журнал входного учета и контроля качества получаемых деталей, материалов, конструкций и оборудования.

Б) операционный контроль

При операционном контроле проверяют соблюдение состава подготовительных операций, технологии наладки электропрогревающего оборудования и устройств, укладки бетона в конструкцию в соответствии с требованиями рабочих чертежей, норм, правил и стандартов, контролируют процесс электропрогрева, температуру, силу тока и напряжение в соответствии с расчетными данными.

В процессе электропрогрева контролируется:

- температура бетона,

- напряжение в греющих петлях

- сила тока в греющих петлях.

Измерение проводится каждые 2 часа в период подъема температуры, и, в дальнейшем, 2 раза в смену, в период остывания бетона - 1 раз в смену.

Измерение температуры проводится бесконтактным способом, например, с помощью электронного пирометра BALTECH TL, либо контактным – с помощью технического термометра, имеющего шкалу до 100ºС, устанавливаемым в температурные скважины конструкции.

Не реже двух раз в смену, а в первые три часа с начала обогрева бетона через каждый час, измеряется сила тока и напряжение в питающей цепи. В местах соединения проводов не должно наблюдаться искрения. Измерение силы тока на концах вводов греющих петель производится с помощью токоизмерительных клещей.

Температурные скважины закладываются в наиболее охлаждающихся местах конструкции: в углах, на гранях, в основании и в центральной зоне конструкции. Количество скважин должно быть: не менее 2 шт на отдельную конструкцию, не менее 1 шт на каждые 50м² плиты.

Результаты замеров записывают в «Журнал ухода за бетоном». Прочность бетона в процессе электропрогрева определяется по графикам набора прочности или по температуре и времени. Фактическая  прочность определяется лабораторным путем по результатам испытания контрольных кубиков. Контрольные кубики в процессе прогрева должны находиться в тех же условиях, что и прогреваемая конструкция (рядом или на поверхности забетонированной конструкции).

При электрообогреве бетонируемого перекрытия нагревательными проводами предельные значения скорости подъема температуры и скорости остывания бетона должны быть не выше соответственно 15 °С и 5°С в час.

При прогреве следует вести контроль режима термообработки бетона. Контроль температуры прогрева бетона выполняют  с помощью технических термометров и (или) датчиков температуры, вставляемых в бетонную смесь (рис.6). Датчики температуры,  устанавливаемые из расчета один на 6 м длины конструкции или на 50 м  поверхности бетона, или на 3 м  бетона, автоматически регулируют режим термообработки бетона.

Рис. 6 Установка термодатчика в тело бетона:

1 - монолитная конструкция; 2 - утеплитель; 3 - пенал из тонкостенной стальной трубки;

 4 - индустриальное масло; 5 – термодатчик

Набор прочности бетона предварительно оценивают по температурному  режиму прогрева, и  сопоставляют их с графиками набора прочности (рис. 7).

Рис. 7 График набора прочности, в зависимости от температуры.

График для определения набора прочности бетона на портландцементе активностью не менее 400 позволяет  определять прочность при изотермическом выдерживании. Например при температуре 20°С в течение 5 суток, прочность бетона составит 75 %, в течение 11 суток бетон наберет полную прочность.

Специфика и методы зимнего бетонирования

Понятие «зимние условия» в технологии монолитного бетона и желе­зобетона несколько отличается от общепринятого — календарного.

Зимними считаются условия бетонирования при установлении сред­несуточной температуры наружного воздуха не выше 5 °С или при опус­кании в течение суток минимальной температуры ниже О °С. Подобные климатические условия продолжаются на территории России в среднем 6...7 мес в году

Формирование прочностных характеристик бетона в зимних услови­ях имеет свои особенности. Основной проблемой является замерзание в начальный период структурообразования бетона несвязной воды затворения.

При отрицательных температурах не прореагировавшая с цементом вода переходит в лед и не вступает в химическое соединение с цементом. Вода, тонким слоем находящаяся на поверхности крупного заполнителя и арматуры, в процессе замораживания свежеуложенного бетона образует вокруг арматуры и зерен заполнителя ледяные пленки. Эти пленки благо­даря притоку воды из менее охлажденных зон бетона увеличиваются в объеме и отжимают цементное тесто от арматуры и заполнителя, препят­ствуя необходимому сцеплению с цементным тестом и созданию плотной структуры после оттаивания бетона.

В результате этих процессов прекращается реакция гидратации и, следовательно, бетон не твердеет. Одновременно в бетоне развиваются значительные силы внутреннего давления, вызванные увеличением (при­мерно на 9%) объема воды при переходе ее в лед. При раннем заморажи­вании бетона его неокрепшая структура не может противостоять этим си­лам и нарушается. При последующем оттаивании замерзшая вода вновь превращается в жидкость, и процесс гидратации цемента возобновляется, однако, разрушенные структурные связи в бетоне полностью не восста­навливаются. Конечная прочность бетона оказывается ниже на 15...20% прочности бетона, выдержанного в нормальных условиях твердения, уменьшается его плотность, стойкость и долговечность.

Теоретически и практически доказано, что в замерзшем бетоне после его оттаивания будет продолжаться процесс набора прочности до задан­ной марочной при условии набора им к моменту замерзания так называе­мой критической прочности. Поэтому цель зимнего бетонирова­ния — предохранение бетона от замерзания в ранние сроки, обеспечение надлежащих условий его твердения, приводящих к набору критической прочности.

Если бетон до замерзания приобретает необходимую начальную прочность, то все упомянутые выше процессы не оказывают на него не­благоприятного воздействия. Критерий морозостойкости — критиче­ская прочность, выраженная в % от проектной прочности в возрасте 28 сут, при достижении которой бетон может быть заморожен без сниже­ния его прочностных показателей после продолжения твердения при на­ступлении положительных температур.

Величина нормируемой критической прочности зависит от факторов, включающих тип монолитной конструкции, класс примененного бетона, условия его выдерживания, срока приложения проектной нагрузки к кон­струкции, условий эксплуатации, и составляет:

• для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой ар­матурой— 50% проектной прочности —для В7,5...В10, 40% —для В12,5...В25 и 30% —для В30 и выше;

• для конструкций с предварительно напрягаемой арматурой — 80% проектной прочности;

• для конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию или расположенных в зоне сезонного оттаивания вечно- мерзлых грунтов, — 70% проектной прочности;

• для конструкций, нагружаемых расчетной нагрузкой, — 100% про­ектной прочности;

• для ненесущих конструкций — критическая прочность должна быть не ниже 5 МПа (50 кгс/см2).

Основной целью зимнего бетонирования является обеспечение усло­вий, при которых монолитные железобетонные конструкции в короткие сроки с наименьшими затратами могли бы набрать критическую проч­ность по морозостойкости или требуемую для восприятия проектных на­грузок.

Для этого применяют специальные способы приготовления, пода­чи, укладки и выдерживания бетона.

Задача всех существующих и разрабатываемых методов зимнего бетонирования – достижение бетоном критической, а для большенства несущих конструкций 50 – 70 % -й прочности от марочной в возможно короткие сроки, при соответствующем  технико-экономическом обосновании следующих мероприятий:

• применение бетонных смесей с водоцсментным отношением до 0,5;

• приготовление бетона на высокоактивных и быстротвердеющих портланд- и шлакопортландцементах, на других вяжущих, в частности магнезиальных, обладающих рядом совершенно уникальных свойств, в том числе твердением при отрицательных температурах;

• использование добавок-ускорителей твердения бетона;

• подогрев воды и заполнителей;

• в отдельных случаях увеличение расхода цемента или повышение марки цемента относительно проектной.

Применимость существующих методов зимнего бетонирования, а иногда и их совокупности определяют технико-экономическим обосно­ванием, базирующимся на следующих факторах:

• вид и массивность бетонируемых конструкций;

• состав, темпы укладки и требуемая прочность бетона;

• наличие энергоресурсов;

• вид имеющихся теплоизоляционных материалов;

• метеорологические условия;

• особенности строительной площадки

Приготовление бетонной смеси.

Температура укладываемой в кон­струкцию бетонной смеси должна быть не ниже определенной расчетом для метода термоса и не ниже +5 °С при искусственном прогреве и приме­нении противоморозных добавок. Бетонную смесь приготовляют на по­догретых составляющих. Температура смеси должна быть выше полу­ченной расчетом, так как необходимо учитывать теплопотери от момента приготовления до укладки смеси в конструкцию. При приготовлении бе­тонной смеси в зимних условиях ее температуру повышают до 35...45 °С путем подогрева заполнителей и воды. Такая температура бетона обеспе­чивается подогревом заполнителей — песка и щебня не свыше 60 °С при помощи паровых регистров, а во вращающихся барабанах, в установках с продувкой дымовых газов через слой заполнителя— горячей водой. Воду подогревают в бойлерах или водогрейных котлах до 90 °С. Подог­рев цемента запрещается, но его рекомендуется хранить в утепленном по­мещении. Температура приготовленной бетонной смеси при выходе из бетоносмесителя оказывается в этом случае в пределах до +45 °С

Максимальная температура составляющих бетонной смеси

В летних условиях в барабан смесителя, предварительно заполненно­го водой, все сухие компоненты загружают одновременно. При приготов­лении подогретой бетонной смеси применяют иной порядок загрузки со­ставляющих в бетоносмеситель. Зимой во избежание «заваривания» це­мента в барабан смесителя вначале заливают 50% воды затворения, засы­пают крупный заполнитель, а после нескольких оборотов барабана бетономешалки — песок, цемент, заливают оставшееся количество воды. По сравнению с летним периодом продолжительность перемешивания увеличивается в 1,25...1,5 раза.

Транспортирование бетонной смеси осуществляют в закрытой уте­пленной и прогретой перед началом работы таре (бадьи, кузова машин). Бетонную смесь следует транспортировать от места приготовления до места уклад­ки по возможности быстрее и без перегрузок. Места погрузки и выгрузки должны быть защищены от ветра, а средства подачи бетонной смеси в конструкции (хоботы, виброхоботы и др.) утеплены.

Подготовка основания, на которое будут укладывать бетонную смесь, заключается в его отогреве до положительной температуры и пре­дохранении от промерзания. Слой старого или ранее уложенного бетона отогревают на 30 см и предохраняют от промерзания все то время, кото­рое требуется свежеуложенному бетону для приобретения начальной прочности, которая не может быть ниже критической.

Состояние основания, на которое укладывается бетонная смесь, а так­же температура основания и способ укладки должны исключать возмож- яость замерзания смеси в зоне контакта с основанием. При выдержива­нии бетона в конструкции методом термоса, при предварительном разо­греве бетонной смеси, а также при применении бетона с противоморозными добавками допускается укладывать смесь на не отогретое  не пучинистое основание или старый бетон. В этом случае по предварительному расчету в зоне контакта на протяжении расчетного пе­риода выдерживания не должно произойти замерзания укладываемого бетона.

Опалубку и арматуру до бетонирования очищают от снега и наледи. Арматура диаметром 25 мм и более, жесткие прокатные профили и круп­ные металлические закладные детали при температуре -10 °С и ниже отогревают до положительной температуры.

Возведение монолитных железобетонных конструкций может быть осуществлено, как правило, с использованием нескольких способов зим­него бетонирования. Нахождение оптимального способа для данных кон­кретных условий должно базироваться на минимальных значениях тру­доемкости и энергоемкости, стоимости и продолжительности работ, с учетом температуры наружного воздуха, объема работ, наличия электри­ческих мощностей, специального оборудования и материалов для вы­бранного способа производства работ.

Существует ряд способов зимнего бетонирования, каждый из кото­рых не является универсальным. Степень массивности конструкций ха­рактеризуется модулем ее поверхности, представляющим собой отноше­ние площади охлаждаемых поверхностей конструкции к ее объему. Ме­тод «термоса» и его разновидности учитывают начальное теплосодержа­ние бетонной смеси и тепловыделение цемента в процессе его гидратации; он применим для массивных конструкций с модулем поверх­ности М_п< 5. Для колонн, балок и других линейных конструкций модуль поверхности М_п определяют отношением периметра к площади попереч­ного сечения

М_п = F/V,                   

где F — площадь поверхности охлаждения; V— объем конструкции.

Для менее массивных конструкций (М_п ˃ 5 )применимы методы искусственного прогрева - электропрогрев, контактный, индукционный и инфракрасный обогрев, использование термоопалубки, греющих прово­дов, широко практикуется применение специальных противоморозных химических добавок, эффект которых в значительном понижении темпе­ратуры замерзания воды.

Существующие методы зимнего бетонирования позволяют при при­менении одного из них или в комбинации с другим вести работы в различ­ных зимних условиях, адекватно отвечая на изменения окружающей сре­ды.

Технологическая карта на производство бетонных работ в зимних ус­ловиях дополнительно к другим требованиям должна включать следую­щие регламентирующие положения:

• рекомендованный метод зимнего бетонирования;

• требования к составу бетонной смеси, особенности ее приготовле­ния, доставки и укладки в конструкцию, температуру бетонной смеси при приготовлении и укладке в конструкцию;

• схему разбивки типового этажа возводимого сооружения на техно­логические захватки, увязанные с суточным объемом укладываемой бе­тонной смеси;

• температурно-влажностный режим выдерживания забетонирован­ных конструкций;

• время и условия распалубливания, сроки загружения конструкций;

• требуемую прочность бетона по окончании организованного выдер­живания;

• мероприятия по контролю качества и набору прочности бетона.

Метод термоса

Возведение монолитных конструкций без искусственного прогрева является наиболее экономичным способом зимнего бетонирования. Сущ­ность способа заключается в первоначальном нагревании бетонной смеси за счет подогрева заполнителей и воды, а также использовании теплоты, выделяющейся при твердении цемента, для приобретения бетоном задан­ной прочности в процессе его медленного остывания в утепленной опа­лубке.

За счет аккумулированной энергии от нагрева воды и наполнителей, последующего выделения теплоты экзотермии цемента — реакции гид­ратации цемента с водой, массивная теплоизолированная (для уменьше­ния теплопотерь и, следовательно, увеличения времени остывания) кон­струкция набирает требуемую прочность за расчетный период времени до замерзания

Область применения метода термоса — бетонирование в практиче­ски любых теплоизолированных опалубках массивных монолитных кон­струкций (фундаменты, блоки, стены, плиты). Кроме этого целесообраз­но применять метод в тех случаях, когда к бетону предъявляют повышен­ные требования по морозостойкости, водонепроницаемости и трещино- стойкости, так как термосное выдерживание сопровождается мини­мальными напряжениями в бетоне от воздействия температуры

Целесообразность применения метода термоса устанавливается в ре­зультате технико-экономического расчета с учетом массивности конст­рукции и ее модуля поверхности М_п, активности и тепловыделения це­мента, температуры уложенного бетона, температуры наружного возду­ха, скорости ветра, а также возможности получения требуемой прочности бетона в заданный срок.

В зависимости от вида цемента, температуры бетонной смеси, сред­ней температуры остывания и полученной по расчету продолжительно­сти остывания по графикам определяют прочность, которую приобретет бетон через Тч . Температура бетонной смеси, уложенной в опа­лубку, к началу выдерживания при методе термоса устанавливается рас­четом, и не может быть ниже 5 °С. Если определенная таким образом прочность окажется меньше требуемой, то уменьшают коэффициент теп- лопотерь за счет дополнительного утепления конструкции. Можно уве­личить начальную температуру бетона за счет предварительного, непо­средственно перед укладкой в конструкцию, кратковременного электро­разогрева бетонной смеси в кузовах, бункерах и бадьях трехфазным то­ком промышленной частоты, напряжением 220 и 380 В с помощью пластинчатых электродов

В процессе твердения бетона выделяется экзотермическая теплота, количественно зависящая от вида применяемого цемента и температуры выдерживания. Наибольшим экзотермическим тепловыделением облада­ют высокомарочные и быстротвердеющие портландцементы. Поэтому при применении метода термоса рекомендуется применять бетонную смесь на высокоэкзотермичных портландцементах и быстротвердеющих цементах, укладывать смесь с повышенной начальной температурой и тщательно утеплять. Метод тем эффективней, чем массивнее бетонируемая конструкция.

Метод термоса применим: в обычных условиях при подогретой бе­тонной смеси (М_п < 5); при использовании высокотермальных цементов с добавкой ускорителей твердения (М_п < 8); при предварительном электро­разогреве бетонной смеси до 80 °С перед самой укладкой в конструкцию (М_п <12).

Основная закономерность метода термоса заключается в том, что по­вышение начальной температуры бетонной смеси с применением более активной марки цемента пропорционально сокращению сроков выдер­живания бетона до приобретения им проектной прочности.

Продолжительность выдерживания бетона методом термоса