Твердение бетона в различных условиях и методы его ускорения. Зимнее бетонирование

Различают естественное и искусственное твердение бетона. Есте­ственное твердение можно ускорить, применяя быстротвердеющие цементы, жесткие бетонные смеси, добавки-ускорители твердения. Искусственное твердение - так называемая температурно-влажностная обработка, применяемая в заводских условиях.

Для получения 70% прочности надо было бы выдерживать изделия в формах в нормальных условиях не менее 7 суток, что потребовало бы громадного количества форм, большого увеличения производственных площадей. Поэтому одной из главных задач в технологии бетона является усовершенствование - существующих и разработка новых методов ускорения твердения бетона. Широко применяют методы тепловой обработки бетона, которые дают возможность повысить температуру бетона при обязательном сохранении его влажности. В результате увеличивается скорость химических реакций взаимодействия цемента с водой и значительно повышается начальная (суточная) прочность бетона

На заводах сборного железобетона чаще всего применяют прогрев изделий при атмосферном давлении в паровоздушной среде с температурой 80-85°С или выдерживание в среде насыщенного пара при 100°С. Стремятся применять насыщенный пар, чтобы исключить высыхание бетона и создать условия, благоприятствующие гидратации цемента

Пропаривание при нормальном давлении осуществляют в пропарочных камерах периодического или непрерывного действия. В первом случае отформованные изделия, находящиеся в формах или поддонах, загружают в камеру с крышкой, которая имеет водяной затвор, препятствующий потере пара. В камеру подают пар, и температура постепенно (со скоростью 15-20.°С/ч) повышается до макси­мальной (80- 100°С). При этом изделия прогреваются на всю толщину. Затем дается изотермическая выдержка, после которой изделия медленно охлаждаются. Постепенный подъем температуры, и постепенное охлаждение обеспечивают более полную гидратацию цемента и предотвращают появление трещин в изделиях. Продолжительность пропаривания зависит от химико-минералогической характеристики цемента и состава бетона: для изделий из подвижных бетонных смесей - 4-8 ч. Режим пропаривания устанавливают после опытной проверки.

Прочность пропаренного бетона (т.е. примерно через 1 суток после изготовления) составляет около 65-75% от марки. Следовательно, пропаривание при нормальном давлении ускоряет твердение бетона примерно в 7-8 раз.

Различают туннельные (горизонтальные) и вертикальные камеры тепловой обработки непрерывного действия. Формы-вагонетки с отформованными изделиями в этих камерах последовательно проходят три зоны: подогрева, изотермической выдержки и охлаждения. В этих камерах процесс тепловой обработки изделий осуществляется с использованием принципа противотока Пар поступает в верхнюю зону камеры (зону изотермического прогрева) через перфорированную трубу. Холодные изделия движутся вверх навстречу все более горячей паровоздушной среде. После прохождения зоны изотермического прогрева изделия опускаются вниз и постепенно охлаждаются.

При элекгропрогреве в качестве источника тепла используют электрическую энергию. Для Прогрева бетона применяют трехфазный переменный ток нормальной частоты (50 Гц). Постоянный ток не пригоден, так как он вызывает разложение (электролиз) воды. Распределение тока в уложенном бетоне осуществляется через металлические электроды, располагаемые или на поверхности бетона (пластинчатые, полосовые), или внутри него (внутренние стержневые и струнные).

Значительный эффект дает применение кратковременного (в течение 5-10 мин) элекгроразогрева бетонной смеси до температуры 80-90°С в специальных бункерах током напряжения 380 В. Предварительно разогретую смесь укладывают в формы и уплотняют. Выделение тепла при гидратации цемента способствует поддержанию повышенной температуры твердеющего бетона и ускорению его твердения.. Способ предварительного электропрогрева смеси успешно применяют при зимних бетонных работах.

Обработка лучистой энергией эффективна для тонкостенных полых изделий. Излучатели инфракрасных лучей в виде нагревательных устройств, обогреваемых электрическим током или газом, помещают в пустоты изделий. Стенки изделия поглощают лучистую энергию, которая аккумулируется в бетоне в виде тепла.

Добавки (хлористого кальция, хлористого натрия, кальцинированной соды, растворимого стекла) ускоряют процессы твердения цемента.

Дозировка хлористого кальция составляет 1 -2% от массы цемента (считая на безводную соль). Увеличение добавки хлористого кальция может привести к коррозии стальной арматуры, а также к появлению высолов на поверхности бетона. Добавка хлористого кальция в 2-4 раза увеличивает начальную прочность бетона (в возрасте до 3 суток), а прочность бетона в возрасте 28 суток остается примерно той же, что и без добавки. При введении хлористого кальция надо учитывать, что он оказывает пластифицирующее действие на бетонную смесь и дает возможность па 5-6% уменьшить количество воды затворения, а соответственно и расход цемента при изготовлении бетона.

Комплексное использование методов ускорения твердения бетона дает наибольший технико-экономический эффект.

Твердение бетона при отрицательных температурах

При температуре ниже 0°С твердение бетона практически прекращается, если в бетон не добавлены соли (CaCl2; NaCl, поташ снижающие точки замерзания воды). Применяют в количестве до 10% от массы цемента. Замерзание бетона в раннем возрасте влечёт за собой значительное понижение его прочности. Это объясняется тем, что свежий бетон насыщен водой, которая замерзая, расширяется и разрывает связи между поверхностью заполнителя и слабым цементным камнем. Кроме того значительно уменьшается сцепление бетона с арматурой.

При бетонировании зимой для обеспечения твердения бетона в теплой и влажной среде

используются два способа:

1) Использование внутреннего запаса тепла бетона.

2) Дополнительная подача тепла бетону из вне.

При первом способе используют БТЦ (экзотермия цемента) ускорители твердения, уменьшают количество воды, вводя в смесь пластифицирующие добавки, используют предварительный подогрев бетонной смеси, подогревают воду до 80°С или воду смешанную с заполнителем до 50°С. Минимальная температура в момент укладки должна быть не менее 5 °С. Используют способ термоса- тепло выделяется во время твердения в первые 3-7 суток покрывая опалубку и все открытые части бетона опилками, шлаком, пенопластом, матами из минеральной ваты. Это возможно только при бетонировании массивных конструкций.

Существу три способа подачи тепла из вне:

1) электроподогрев для этого стальные пластинки-электроды укладывают сверху или с боков конструкции.

2)обогрев бетона паром, пропускаемым между двойной опалубкой, или по трубам, находящимся внутри бетона или в опалубке. Температура пара 58-80°С, через двое суток

бетон достигает прочности, которую приобретает через 7 суток нормального твердения.

3)обогрев воздуха окружающего бетон устраивают фанерный или брезентовый тепляк, в котором устанавливают временные печи и т.д. и сосуды с водой.