Метод термоса.
Бетон, уложенный в зимних условиях, выдерживают преимущественно методом термоса, основанным на применении утепленной опалубки с устройством сверху защитного слоя. Бетонную смесь температурой 20---80 0С укладывают в утепленную опалубку, а открытые поверхности защищают от охлаждения. Обогревать ее при этом не требуется, так как количество теплоты, внесенных в смесь при приготовлении, а также выделяющиеся в результате физико-химических процессов взаимодействия цемента с водой (экзотермии), достаточно для ее твердения и набора критической прочности. При проектировании термосного выдерживания бетона подбирают тип опалубки и степень ее утепления. Сущность метода термоса состоит в том, чтобы бетон, остывая до 0 0С, смог за это время набрать критическую прочность. Учитывая это, назначают толщину и вид утеплителя опалубки. Утепление опалубки выполняют без зазоров и щелей, особенно в местах стыкования теплоизоляции. Для уменьшения продуваемости опалубки и предохранения ее от увлажнения по обшивке прокладывают слой толи.
В качестве защитного слоя применяют толь, картон, фанеру, соломит, по которым могут быть уложены опилки, шлак, шлаковойлок, стекловата. Опалубка может быть двойной, тогда промежутки между ее щитами засыпают опилками, шлаком или заполняют минеральной ватой, пенопластом.
Опалубку из железобетонных плит утепляют с наружной стороны, навешивая на них маты. Поверхность, соприкасающуюся с бетоном, перед началом бетонирования обязательно прогревают. По окончании бетонирования немедленно утепляют верхние открытые поверхности, при этом теплотехнические свойства этого утеплителя (покрытия) должны быть не ниже, чем у основных элементов опалубки.
Опалубку и утеплитель демонтируют по достижении бетоном критической прочности. Поверхности распалубленной конструкции ограждают от резкого перепада температур во избежания образования трещин.
Метод термоса применяют при бетонировании массивных конструкций. Степень массивности оценивают модулем поверхности Мn=F/V, где F- площадь суммарной охлаждаемой поверхности конструкции , м2 ; V- объем конструкции, м 3 .
Конструкция считается массивной при Мn < 6, средней массивности при Мn=6…9 и ажурной при Мn>9.
При определении Мn не учитывается площадь поверхностей конструкций, соприкасающихся с талым грунтом, хорошо прогретой бетонной поверхностью или каменной кладкой. Для длинномерных изделий и конструкций (например, колон, ригелей, балок) Мn определяют отношением периметра их поперечного сечения к его площади.
Метод термоса применяют для конструкций с Мn < 6, а при предварительном разогреве бетона до 60…800C – с Мn=8…10.
Электропрогрев смеси в конструкциях.
Способ электропрогрева бетона в конструкциях основан на использовании выделяемой теплоты при прохождении через него электрического тока. Для подведения напряжения используют электроды различной конструкции и формы. В зависимости от расположения электродов прогрев подразделяют на сквозной и периферийный. При сквозном прогреве электроды располагают по всему сечению, а при периферийном – по наружной поверхности конструкций. Во избежания отложения солей на электродах постоянный ток использовать запрещается.
ля сквозного прогрева колонн, балок, стен и других конструкций, возводимых в деревянной опалубке, применяют стержневые электроды, которые изготовляют из отрезков арматурной стали диаметром до 6мм с заостренным концом. Для установки электродов высверливают отверстия в одном из щитов опалубки таким образом, чтобы электроды не соприкасались с арматурой каркаса. Затем вставляют электрод и ударом молотка фиксируют его в противоположном щите. Расстояние между электродами по горизонтали и вертикали принимают по расчету. Затем осуществляют их коммутацию.
Для периферийного прогрева при слабом армировании и когда исключен контакт арматурой применяют плавающие электроды в виде замкнутой петли. При прогреве плоских конструкций (например, подготовка под полы, дорожные покрытия, ребристые плиты) применяют пластинчатые электроды.
В качестве плавающих электродов применяют полосовую сталь толщиной 3…5, шириной 30…50 мм. Расстояние между ними определяют расчетом. Электроды должны контактировать с бетоном и могут быть несколько утоплены в него. Между ними и бетоном не должно быть зазора. Для этого их нагружают токонепроводящими материалами (досками, кирпичами), сами электроды должны быть без искривлений и перегибов.
Нашивные электроды, так же как и плавающие, относятся к элементам периферийного прогрева. Их производят из круглой арматурной стали или металлических пластин толщиной 2…3 мм. Электроды нашивают на щиты опалубки, а концы загибают под углом 900 и выводят наружу. После установки опалубки производят коммутацию электродов. Необходимо помнить, что электроды не должны иметь контакта с арматурой конструкции во избежания короткого замыкания. Поэтому при установки арматурных каркасов используют пластмассовые прокладки и фиксаторы, которые обеспечивают заданную толщину защитного слоя и предотвращают контакт с электродами.
При изготовлении длинномерных конструкций ( колонн, ригелей, балок, свай) используют струнные электроды. Выполняют их из гладкой арматурной стали диаметром 4…6 мм. Располагают в центральной части сечения конструкции. Концы электродов отгибают под углом 900 и выводят через отверстия в опалубке для подключения коммутирующих проводов.
При периферийном прогреве массивных конструкций, а также элементов зданий малой массивности (стен, резервуаров, ленточных фундаментов) в качестве электродов используют металлические щиты опалубки и арматуру конструкции. В первом случае используют однофазный ток: первую фазу подключают к щитам опалубки, а нулевую- к арматурному каркасу. Во втором случае арматурный каркас не подключают к сети, а каждый элемент опалубки присоединяют к одной из трех фаз. Изоляторами между щитами опалубки служат деревянные брусья.
Однородность температуры поля зависит от схемы расположения электродов и расстояния между ними. Чем ближе друг к другу электроды и чем сильнее армирование конструкции, тембольше будут температурные перепады в твердеющем бетоне, в результате чего режим твердения будет неоднородным и качество бетона ухудшится. Поэтому в каждом конкретном случае рассчитывают схему расположения электродов с учетом степени армирования конструкции. При напряжении на электродах 50…60В расстояние между электродами и арматурой должно быть не менее 25мм, а при 70…85В – не менее 40мм.
Стержневые электроды применяют, как правило, в виде плоских групп, которые подключают к одной фазе. При большой длине конструкций вместо одного электрода устанавливают два или три по длине. Допустимую длину полосового, стержневого или струнного электродов принимают путем расчета минимальной потери напряжения по его длине.
Таблица №3. Способы установки электродов и области их применения.
| Тип электродов | Материал | Способ установки в конструкции | Область применения | Примечание |
| Стержневые | Круглая сталь – стержни диаметром 6…10 мм | Закладывают через отверстие в опалубочных щитах или с открытой стороны бетона | Электропрогрев конструкций толщиной не менее 15 см | После электропрогрева остаются в теле бетона |
| Струнные | Круглая сталь – стержни диаметром 8…12 мм | Устанавливают вдоль оси конструкции | Электропрогрев слабоармированных конструкций | После электропрогрева остаются в теле бетона |
| Нашивные | Круглая сталь – стержни диаметром 6…10 мм | Укрепляют на вертикальных щитах опалубки с внутренней стороны через 10…20 см | Не ограничено | Имеют многоразовое использование |
| Полосовые | Листовая сталь – полосы, полосовая сталь, полосы толщиной 3 мм | Укрепляют на горизонтальных щитах опалубки, которые укладывают на бетон | Электропрогрев плит | Имеют многоразовое использование |
| Плавающие | Круглая сталь – стержни диаметром более 12 мм | Устанавливают в свежеотформованный бетон на 2…3 см | Не ограничено | Имеют многоразовое использование |
Для получения высокого качества железобетона строго соблюдают температурный режим прогрева, который разделяют на три стадии:
1. Подъем температуры бетона. Скорость подъема зависит от модуля поверхности:
Мn………………………… 2…6 6…9 9…15
Скорость подъема С0/ч 8 10 15
2. Изотермический прогрев. На этой стадии в бетоне поддерживают заданную температуру. Продолжительность стадии зависит от вида конструкции (прогревают до получения необходимой прочности бетона). Чаще всего на стадии изотермического прогрева достигают критическую прочность бетона.
3. Остывание конструкций. При остывании до 00С бетон продолжает набирать прочность, что особенно важно при бетонировании массивных конструкций.
Для конструкций с Мn = 6…9 применяют режим, при котором к моменту остывания бетон должен набрать прочность не менее критической. Для конструкций с Мn = 9…15 режим такой же, но в конце изотермического прогрева бетон должен набрать не менее 50% прочности. Этим обстоятельством определяется время изотермического прогрева. При изготовлении предварительно напряженных конструкций к моменту окончания изотермического прогрева прочность бетона должна быть не менее 80%.
Нарушение технологического режима электропрогрева может привести к пережогу бетона в результате перегрева бетонной смеси выше 1000С, недостаточному набору прочности, образованию трещин в результате неоднородности температурного поля.