Особенности зимнего бетонирования в переставной и скользящей опалубке
Зимнее бетонирование жилых и гражданских зданий обычно вызывает дополнительные затраты на мероприятия по созданию надлежащих условий твердения бетона и достижение им необходимых проектных характеристик.
Наиболее эффективный метод зимнего бетонирования — прогрев бетона. Он позволяет не только непрерывно вести работы зимой, но и интенсифицировать вызревание бетона, повысить скорость строительства и темп оборачиваемости опалубки.
Ввиду того что даже при интенсивном прогреве бетона на вызревание его уходит более половины времени возведения монолитных конструкций, выбор способов и режимов прогрева сильно влияет на трудоемкость и скорость строительства. Жесткие режимы прогрева, позволяющие получать необходимую прочность бетона в короткие сроки, связаны с дополнительными затратами средств и энергии. Кроме того, они снижают качество бетонных конструкций, приводят к неравномерным и высоким деформациям опалубки и, как следствие, удорожают и утяжеляют опалубку или снижают точность выполнения монолитных конструкций.
С другой стороны, все безобогревные методы, как правило, не позволяют обеспечить высокие темпы возведения зданий. В зимнее время скорость бетонирования при безобогревных методах резко снижается и оказывается недостаточной, а в ряде случаев — неприемлемой, несмотря на дополнительные, порой высокие затраты.
Многие способы возведения зданий в зимних условиях неодинаково эффективны при использовании опалубок разного типа. Выбор тех или иных способов бетонирования нужно согласовать с общей технологией возведения зданий.
Применяют следующие способы зимнего бетонирования: метод введения противоморозных добавок в бетон и ускорителей твердения; использование укрытий и тепляков, поддерживая под ними нормальную или повышенную температуру, а также нагрев герметически закрытых пространств при бетонировании зданий с замкнутыми крупноразмерными ячейками; прогрев внутренними источниками тепла и электрическим током; обогрев внешними источниками тепла, находящимися в контакте с бетоном; предварительный разогрев бетонной смеси, в том числе с помощью электрического тока; применение термоактивной опалубки.
Опыт введения противоморозных добавок в бетон в жилищном строительстве пока недостаточен, хотя их широко применяют при производстве бетонных работ в зимних условиях. При небольших объемах и невысоких скоростях строительства использование добавок в ряде случаев оказывается достаточно эффективным. Однако как основной метод без применения дополнительного прогрева бетона он не эффективен, особенно при возведении зданий с монолитными перекрытиями и широким шагом несущих стен.
Основным недостатком метода является низкая скорость набора прочности бетоном и невысокий темп оборачиваемости опалубки. Кроме того, некоторые добавки (например, ускорители твердения — хлористые соли) ухудшают качество поверхности.
Для набора прочности бетоном стен не менее 50 кгс/см2 и 70 — 80% проектной бетоном перекрытий необходимо утеплять или укрывать бетонные поверхности, увеличивать количество комплектов переставной опалубки, утеплять или прогревать ее.
Укрытия и тепляки используют у нас при возведении зданий в скользящей опалубке, в том числе в комбинации с дополнительным прогревом бетона инфракрасными и другими внешними нагревателями. Тепляки можно использовать для прогрева верхней зоны бетона перекрытий с подачей под них пара или горячего воздуха. Недостатки такого способа прогрева существенны: это неизбежно большие теплопотери и незначительное использование тепловой мощности, неравномерность температурного поля, громоздкая система паропроводов, неудовлетворительные санитарно-гигиенические условия работы.
При возведении зданий в скользящей опалубке тепляки или шатры устанавливают над рабочим полом и наружными подмостями. Для предохранения бетона от раннего замерзания и уменьшения температурных напряжений ниже подмостей устанавливают фартуки. Зазоры между стеной и подмостями нужно уплотнить и закрыть проемы в наружных стенах. Рабочий пол и настил подмостей тоже уплотняют. Прогревают бетон большей частью горячим воздухом, который нагревается калориферами различных систем. Дополнительно можно прогревать бетон в термоактивной опалубке с различного рода нагревателями, устанавливаемыми ниже щитов опалубки. Нагревателями могут быть паровые регистры, инфракрасные излучатели, радиационно-конвективные греющие установки.
Применение паровых регистров вызывает значительные затраты на оборудование опалубки, установку паро- и конденсато-проводов. Более просто и легко монтировать электрические нагревательные элементы — излучатели и конвективные установки. Однако использовать локальные нагреватели при бетонировании в скользящей опалубке затруднительно из-за возможности оверхдо-пустимых температурных перепадов, напряжений и температурных деформаций участков стен и даже всего сооружения из-за трудности надежного контроля температуры твердения бетона. «Скользящие» термопары или другие датчики температуры дают большой разброс показаний и неточные замеры.
В конечном счете применять скользящую опалубку в зимних условиях, несмотря на определенный положительный опыт, малоцелесообразно; необходимость зимнего строительства нужно каждый раз экономически обосновывать. Организация прогрева бетона в переставных опалубках вызывает меньше затруднений и дает лучшие результаты. Если же решено использовать скользящую
опалубку в зимних условиях, наиболее целесообразно использовать противоморозные добавки в комбинации с БТЦ.
При бетонировании стен зданий с замкнутыми крупноразмерными ячейками бетон можно обогревать путем создания высокой температуры непосредственно в такой ячейке. Такой метод целесообразен, в частности, при использовании объемно-переставной опалубки, образующей длинные туннели. Однако эффективность такого прогрева значительно зависит от хорошей герметизации ячеек. При использовании пара обычно образуются наледи и подтеки (из-за сложности отвода конденсата), усложняющие работу, и ухудшается качество поверхностей. Разветвленная сеть паропроводов приводит к дополнительным потерям тепла и трудовым затратам на их утепление. Поэтому целесообразнее использовать для прогрева бетона горячий воздух. Торцы туннелей опалубки закрывают утеплителем, металлическую опалубку не утепляют.Для прогрева воздуха используют воздухонагреватели электрические и работающие на жидком топливе.
Применение горячего воздуха, хотя и имеет ряд преимуществ перед паром, приводит, однако, к большим потерям тепла; контроль режима прогрева менее надежен, чем при использовании термоактивной опалубки; автоматизация прогрева трудно осуществима, трудно добиться равномерности температурного поля. К тому же при подаче горячего воздуха прогревается верхняя зона бетона перекрытий, работающая на сжатие. Поэтому данный метод прогрева целесообразно применять при небольших отрицательных или низких положительных температурах наружного воздуха при достаточно надежной и герметичной тепловой изоляции. Для прогрева верхней зоны бетона перекрытий необходимо устанавливать тепляки с подачей воздуха под них.
Электродный способ прогрева бетона, широко применяемый на заводах сборного железобетона, а также при бетонировании достаточно массивных конструкций, ограниченно применяют в жилищном строительстве вследствие его особенностей. При использовании металлической опалубки необходима дополнительная изоляция форм, равномерное температурное поле трудно создать в тонкостенных густоармированных конструкциях: нередко требуется изменять их армирование с перерасходом арматуры.
Прогреваемая захватка с целью безопасности выполнения работ должна быть автономной, достаточно надежно изолированной и не связана общим армированием с соседними участками, что создает определенные трудности при возведении зданий.
Вместе с тем на электродный прогрев требуются относительно невысокие первоначальные затраты и его можно легко организовать. Периферийный прогрев полосовыми электродами, в том числе односторонний, можнох применять для прогрева бетона перекрытий сверху. Он позволяет получить достаточно равномерное температурное поле и добиться относительно высоких скоростей прогрева.
В качестве источника тепла для нагревания бетонной конструкции можно применять греющие кабели, закладываемые в бетон. При наличии недорогих кабелей в пластмассовой оболочке такой способ прогрева можно использовать в целом ряде случаев, хотя такие кабели не позволяют получать высокие температуры бетона. Применять более дорогие кабели целесообразно в том случае, если их можно использовать в дальнейшем для прогрева помещений при эксплуатации здания (в качестве отопительных и нагревательных приборов, теплого пола и т. д.).
Способ контактного прогрева, широко применяемый на заводах сборного железобетона в комбинации с прогревом через разделительную стенку, недостаточно технологичен на строительной площадке. Интенсивность контактного нагрева выше прогрева через разделительную стенку. При нагреве более интенсивно происходит тепло- и массообмен в бетоне, вследствие чего усиливаются нежелательные деструктивные процессы. В случае прогрева бетона инфракрасным излучением интенсивно испаряется влага и перегреваются поверхностные слои бетона. Интенсивность испарения можно снизить укрытием обрабатываемой поверхности светопрозрачной водонепроницаемой пленкой.
Метод контактного прогрева бетона с пуском горячего воздуха или пара под тепляк или с использованием инфракрасного излучения, несмотря на ряд недостатков, можно применять летом, а также зимой для прогрева бетона перекрытий сверху.
Предварительно прогревать бетонную смесь целесообразно методом электроразогрева. Этот способ имеет преимущества перед другими способами прогрева: уменьшаются деструктивные процессы, исключено остаточное расширение бетона, ускоряются процессы гидратации и экзотермии цемента, меньше снижается потенциальная прочность бетона и, наконец, меньше расходуется электроэнергии.
Однако этот метод невозможно применять как основной главным образом из-за сильной потери подвижности смеси при укладке, особенно зимой на открытом воздухе, а также значительных теплопотерь при перегрузках смеси после ее укладки. Кроме того, укладка смеси с температурой 70° С и выше в относительно тонкостенные армированные конструкции стен вызывает значительные трудовые затраты и большие потери тепла при бетонировании перекрытий из-за открытых поверхностей. Вследствие указанных причин способ электроразогрева смеси можно применять в комбинации с дополнительным прогревом бетона в термоактивной опалубке.
При бетонировании в крупноразмерных переставных опалубках хорошие результаты получаются, если их оборудуют нагревательными элементами и применяют термоактивную опалубку. Для прогрева верхней зоны бетона перекрытий удобно применять греющие электроматы и термоактивные щиты.
В условиях строительной площадки наиболее удобно применять в конструкциях опалубки электрические нагреватели вследствие того, что подача горячей воды или пара для прогрева бетона связана с трудоемкой установкой и перемонтажом сети водо- и паропроводов и их утеплением.
В ЦНИИОМТП были проведены исследования по определению оптимальной конструкции переставной опалубки с электрическими нагревателями при различной мощности и расположении их в греющей полости. Установлено, что наиболее эффективна передача тепла от нагревателей к поверхности опалубки излучением и теплопроводностью. Для этого нагреватели следует устанавливать с зазором 3—5 мм по отношений к рабочей поверхности опалубки, что способствует самопроизвольному выравниванию температур на опалубочной поверхности.
При низких скоростях подъема температуры в бетоне (порядка 7 град/ч) установка нагревателей небольшой мощности (порядка 0,3 кВт) с зазором 3—5 мм позволила получать равномерное температурное поле.
Режимы термообработки бетона назначают в зависимости от требуемой проектной прочности при распалубке состава и вида бетона, а также температуры прогрева.