Железобетонные изделия

ВОПРЕКИ МОРОЗУ И ЖАРЕ

         Рассказывая об укладке бетонной смеси в сооружение, мы всегда имели  в виду, что строительные работы ведутся в нормальных условиях, т. е. до наступления зимних холодов или же при температурах,  не превышающих +35º С. В этом случае никаких дополнительных условий ухода за твердеющим бетоном не требуется. Правда,  учитывая,  что для твердения бетона требуется постоянная влажность,  во избежание раннего высыхания даже при этих температурах его укрывают от прямых солнечных лучей. В России температуры воздуха в разных районах очень разнообразны: от -70º С до +50º С. Раньше зимой строительные работы почти полностью прекращались,  а строительство в южных районах нашей страны требовало разработки особых условий твердения бетона. Однако размах строительства в нашей стране требовал ведения строительных работ круглый год и в любых климатических условиях.

БОИТСЯ ЛИ БЕТОН МОРОЗА?

       Да, свежеуложенному бетону мороз опасен. И, прежде всего из-за влияния низких температур на процессы схватывания и твердения цементов. Бетон очень чувствителен к холоду. Это сказывается прежде всего на времени схватывания и скорости твердения. Так,  например,  при снижении температуры с 20 до 5º С схватывание бетона замедляется в 2 – 5 раз. Но особенно резко проявляется это замедление при дальнейшем снижении температуры – до 0º С. Однако если восстановить нормальную температуру выдерживания,  то твердение вновь принимает обычные темпы. А если температура бетона опустится до 0º С? Твердение прекращается полностью. Это объясняется тем, что при замерзании бетона содержащаяся в нем свободная вода замерзает, а образование цементного камня замедляется. Следовательно, прекращается и твердение бетона. Замерзая в бетоне, вода увеличивается в объеме на 9%. В результате этого в порах бетона развивается большое давление, которое вызывает разрушение структуры еще не затвердевшего бетона. Скопившаяся на поверхности зерен крупного заполнителя вода при замерзании образует тонкую ледяную пленку, которая отделяет поверхность заполнителя от соприкосновения с цементным тестом. В результате ухудшается монолитность бетона. Если заморозить бетон в раннем возрасте, то лед разрушит многие кристаллики цементного клея. Если затворение бетона было проведено до замораживания, а твердение бетона еще не началось, то оно не начнется и после замерзания. Но если твердение началось, то оно приостанавливается, пока свободная вода в бетоне будет оставаться в виде льда. При оттаивании бетона замерзшая свободная вода превращается в жидкость, и твердение бетона возобновляется. В нем происходят те же процессы, что и до замерзания, но уже при изменившейся структуре. Эти изменения в структуре бетона уменьшают его прочность и сцепление бетона с арматурой. Конечная прочность бетона будет тем ниже, чем раньше бетон подвергся замораживанию.

       Наиболее опасное замерзание бетона в период схватывания цемента. Для бетона также вредно и многократное замерзание и оттаивание его в начальный период твердения (оттепели и заморозки).                

ВОЗМОЖНО ЛИ ЗИМНЕЕ БЕТОНИРОВАНИЕ?

Да, и это доказывают работы российских ученых С. А. Миронова   В. П. Сизова и И. Г. Совалова, разработавших и внедривших в практику теорию и способы зимнего бетонирования.

Речь идет о создании нормальных условий твердения бетона зимой. Это значит,  что в течении срока, который определяется достижением заданной прочности бетона, нужно поддерживать необходимую температуру и влажность, используя для этого внутреннее тепло бетона или дополнительно обогревать твердеющий бетон.

Как всегда, все начинается с бетонной смеси, приготовление которой в зимних условиях является очень ответственной операцией. В первую очередь нужно тщательно проверить качество и состояние сырьевых материалов. Так, например,  песок, щебень и гравий не должны быть загрязнены и смешаны со снегом и льдом. Поэтому их складируют на сухих возвышенных местах, под навесами или в закрытых помещениях. Конечно, нельзя допускать, чтобы при хранении цемента в него попадал снег.

Готовить бетонную смесь надо в обогреваемых помещениях. Внутренний запас тепла в бетонной смеси создают, подогревая ее составляющие. Нагрев заполнителей может быть одноступенчатым, когда одновременно материалы оттаивают и подогревают, и двухступенчатым, когда на одних установках заполнители предварительно оттаивают, а на других – подогревают до расчетной температуры (40º С). Одновременно в резервуарах паром нагревают воду до заданной температуры – от 30 до 80º С. Цемент и тонкомолотые добавки подогревать запрещается.  Что касается арматуры, то она должна быть очищена от снега и льда и разогрета горячей водой или паром. Температура составляющих бетонной смеси в момент загрузки в бетономешалку должна быть такой, чтобы обеспечить заданную температуру бетонной смеси при выходе из бетономешалки и укладки в форму – не  менее 5º С.

Итак, бетонная смесь готова. Но ее нужно транспортировать до места укладки с минимальными теплопотерями. Потери тепла при самой перевозке бетонной смеси меньше, чем при перегрузочных операциях. Поэтому в зимнее время ее доставляют на место укладки без перегрузки. При этом надо следить, чтобы транспортная тара была утеплена и обогревалась. Если бетонная смесь транспортируется в кузове автосамосвала, то кузов укрывают брезентом или обогревают отработанными газами. Это позволяет создать над бетонной смесью тепловую завесу. При транспортировании бетонной смеси в бадьях и бункерах их накрывают деревянными утепленными крышками; снаружи утепляют войлоком и затем обшивают фанерой. При насосном транспорте бетона утепляют как помещения, где установлены бетононасосы, так и бетоноотводы.

БЕТОН УКЛАДЫВАЮТ НА МЕСТО

На месте бетонную смесь укладывают в опалубку из деревянных и металлических щитов, в соответствующую форме будущей конструкции. В опалубку устанавливают стальной каркас – арматуру.

Укладывать бетонную смесь на место желательно как можно быстрее и без перерывов. Мы знаем, что твердение бетона зависит от химических реакций цемента с водой. А основную роль в этом будут играть тепло и вода! Поэтому в зимнее время при низких температурах опалубку утепляют, а сразу же после окончания бетонирования щитами и матами утепляют и верхнюю, открытую поверхность бетона. Мы уже говорили, что в России разработаны и внедрены в практику способы зимнего бетонирования. Наиболее эффективными из них являются способы термоса, электронагрева и паропрогрева.

По способу термоса бетон твердеет под «шубой» – слоем теплоизоляционных материалов (шлака, опилок, камышита и др.). Эти материалы плохо проводят тепло. Поэтому бетонная смесь почти не теряет тепла, которое оно получила при изготовлении. Кроме того, при твердении цемент так же выделяет тепло. Во многих случаях количество тепла оказывается достаточным, чтобы во время остывания бетон приобрел необходимую прочность. Эта прочность позволяет распалубливать, конструкцию, уже не боясь замораживания. В этом случае после оттаивания бетон не разрушится. Способ термоса является наиболее экономичным и простым. Для его реализации не требуется специального оборудования. Но этот способ применим только при бетонировании массивных конструкций, так как тонкостенные конструкции очень быстро остывают.

Если в установленные сроки способом термоса нельзя достичь требуемой прочности бетона, рекомендуется применять искусственный обогрев бетона электрическим током или паром. Электронагрев заключается в том, что свежеуложенный бетон вводят металлические электроды, через которые пропускают электрический ток. Электрическое сопротивление свежеприготовленного бетона, уложенного в опалубку, увеличивается по мере затвердевания бетона. Электрический ток, протекающий по бетону, будет вызывать его прогревание и твердение: чем больше будет сопротивление, тем выше будет напряжение тока. Температура бетона

должна быть не выше 60º С. При изготовлении железобетонных конструкций в качестве электродов используют арматуру.

Способ паропрогрева заключается в следующем. В опалубке с внутренней стороны вырезают каналы и через них пропускают пар. Можно так же изготовить двойную опалубку и вводить пар в промежутке между ее стенками. Иногда пар пропускают по трубам, уложенным внутри бетона. Нагревать бетон до 50 – 80º С. Благодаря высоким температурам, которые создаются при паропрогреве бетона, и при благоприятных влажностных условиях твердение бетона значительно ускоряется: например, через двое суток можно получить такую прочность, которая достигает бетон после семисуточного твердения в нормальных условиях. Паропрогрев бетона требует больших дополнительных затрат. Это его недостаток. Способ паропрогрева рекомендуется для тонкостенных конструкций.

«ХОЛОДНЫЙ» БЕТОН

        Все описанные способы требуют дополнительных затрат и оборудования. А нельзя ли обойтись без них? Можно ли заставить бетон твердеть в зимнее время, не подогревая его? Оказывается можно, если ввести в бетонную смесь специальные добавки – химические ускорители твердения. Такими добавками являются хлористый кальций, хлористый аммоний, хлорированная вода, а так же водные растворы поваренной соли и соляной кислоты.

Какова роль этих добавок? Они понижают температуру замерзания воды и ускоряют разложение минералов, которые входят в состав цемента. Благодаря действию этих добавок созревание бетона ускоряется. Пои использовании химических ускорителей твердения бетона не требуется подогревать ни воду, ни заполнители. Поэтому такай бетон назвали холодным бетоном. Такие бетоны твердеют и приобретают прочность при отрицательных температурах. Однако хлористые соединения вызывают коррозию арматуры. Поэтому холодные бетоны применяют только для бетонирования неармированных конструкций, дорожных покрытий, облицовки откосов и т. п. В конструкциях, работающих под динамическими нагрузками (фундаменты под молоты, копры и т. п.) применять холодный бетон запрещается!

Так же как и бетон, изготовляемый с подогревом, холодные бетоны распалубливают только после окончания заданного срока твердения. Пока бетон не достиг 50% проектной прочности, его надо предохранять от замерзания.

БЕТОН – САМОГРЕВ

Но бетон готовил еще одну загадку: иногда он способен обогревать самого себя! Чему же обязан бетон этим удивительным свойством? Оказывается, цементу. При химическом взаимодействии цемента с водой происходят такие реакции, в результате которых выделяется значительное количество теплоты. Повышение температуры при образовании бетона зависит от вида цемента и его количества в бетонной смеси. Наибольшее количество тепла при твердении бетона выделяет глиноземистый цемент, минимальное – шлакопортландццемент. И вот если бетонной смеси много, а поверхность его невелика, то бетон нагревается за счет этого тепла. Так бетон становится «самогревом»! Иногда этого тепла выделяется так много, что бетон может перегреться, он будет высыхать раньше, чем твердеть.

Бетон - «самогрев» может быть использован при зимнем бетонировании. Поэтому когда строят массивные бетонные конструкции, то в зимнее время воду и заполнители не подогревают и бетон не укутывают. Ему и так будет жарко! Но...

НЕ БОИТСЯ ЛИ БЕТОН ЖАРЫ?

         Как быть, если термометр показывает выше 35º С? Как эта температура будет влиять на твердение бетона? Оказалось, бетон очень боится жары, так как при высокой температуре из бетона испаряется вода и прекращается твердение цемента. А в результате в бетоне и образуются трещины. Одновременно снижается прочность. Кроме того, некоторые цементы при температуре 35º С разлагаются; при этом прочность цементного камня уменьшается. Поэтому при бетонировании в южных районах России при высоких плюсовых температурах окружающего воздуха для нормального твердения бетона необходимо поддерживать требуемую влажность и защищать бетон от окружающей высокой температуры воздуха.

Пока температура не превышает 20 – 25º С, бетону необходима лишь влага. Поэтому в первые две недели после укладки бетон поливают водой и закрывают от ветра рогожей или матом. Если солнце сильно печет, то рогожа и маты защищают бетон от излишнего тепла.

Если же температура воздуха повышается выше 35º С, то уже нужны срочные меры по защите бетона от лучей солнца. Только в этом случае можно обеспечить нормальные условия твердения батона и получить заданную прочность!

 РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ  СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

Проблема экономии энергоресурсов возникла во второй половине нашего столетия. В последние годы к ее решению  начали  подходить на  научной  основе  -  комплексно и всеобъемлюще. Бездумное расходование природных   ресурсов: угля, нефти, газа, вырубка    лесов (испозование древисины как сырье для промышленности), постоянно возрастающее потребление энергии - все это население  планеты расходует на свои бытовые нужды, а бурно развивающаяся промышленность - на технические.

Обострению этой  проблемы  способствовало  поднятие  цен на нефть и газ международными нефтяными концернами, что позволило им резко увеличить свои прибыли. Разразился так называемый энергетический кризис. Сегодня как  никогда  встает  вопрос  об  экономии энергоресурсов и  рациональном их использовании во всех областях человеческой жизни.

В отечественной промышленности одним из значительных потребителей топлива и энергии является строительство, а среди его отраслей - предприятия сборного железобетона, которых в стране несколько тысяч. Анализ работы этих предприятий показал, что  потребление ими энергии может быть существенно уменьшено. Почти в любом производстве имеются реальные резервы экономии энергии. Если выявить эти  резервы и более рационально организовать технологические процессы, то потребление энергии можно сократить,  по  крайней мере, в  1,5  раза. Это  даст  народному хозяйству страны огромный экономический эффект.

Бетон, обладая многими  замечательными  качествами, в  то  же время относится к весьма энергоемким материалам. По данным ЦСУ, на производство 1 куб. м. сборного железобетона в среднем расходуется 470 тыс. ккал; на производство отдельных  конструкций  на  полигонах, а также  при  несовершенных  технологических  процессах этот расход возрастает до 1 млн. ккал и более. Если учесть, что  годовая потребность в энергоресурсах промышленности сборного железобетона составляет примерно 12 млн. т условного топлива, то  становится ясно, что даже  небольшой процент его экономии высвободит большое количество топлива для других целей народного  хозяйства. Потребность в  энергоресурсах для производства 1 куб. м сборных железобетонных изделий не учитывает  расхода  энергии, необходимой  для производства составляющих  бетона (цемента, заполнителей) и арматуры, отличающихся еще большей энергоемкостью.