Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Производство бетонных работ в зимних условиях. Обеспечение качества и эффективность

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 622906.01.99
Головнев, С.Г. Производство бетонных работ в зимних условиях. Обеспечение качества и эффективность [Электронный ресурс] / С.Г. Головнев, Ю.М. Красный, Д.Ю. Красный. - Москва : Инфра-Инженерия, 2012, 336с. - ISBN 978-5-9729-0049-7. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/520447 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.

С.Г. ГОЛОВНЕВ Ю.М. КРАСНЫЙ Д.Ю. КРАСНЫЙ





                ПРОИЗВОДСТВО БЕТОННЫХ РАБОТ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ




   Обеспечение качества и эффективность




Учебное пособие






Инфра-Инженерия
Москва

2012

УДК 693.547.3 (075.8)
ББК 38.626 Я 73
      Г61
Рецензент:
   Красновский Б.М. - доктор технических наук, профессор, заслуженный строитель России, заведующий кафедрой строительного производства ГАСИС




      Головнев С.Г., Красный Ю.М., Красный Д.Ю.
Г 61 Производство бетонных работ в зимних условиях.
      Обеспечение качества и эффективность: учеб. пос. / С.Г. Головнев, Ю.М. Красный, Д.Ю. Красный. - М.: ИнфраИнженерия, 2012. - 336 с.




ISBN 978-5-9729-0049-7



   Приведены различные методы производства бетонных работ при отрицательных температурах с рассмотрением рациональной области применения и особенностей расчета.
   Рассмотрены вопросы влияния отрицательной температуры на формирование структуры и твердение бетона, даны практические рекомендации по способам приготовления, транспортирования, укладки и режимам тепловой обработки бетонной смеси. Даны примеры проектирования технологии бетонных работ в зимних условиях.
   Описаны методы безобогревного и обогревного производства бетонных работ при отрицательной температуре.
   Освещены вопросы обеспечения и контроля качества производства бетонных работ, даны основы технико-экономического обоснования выбора метода зимнего бетонирования.
   Книга предназначена для инженерно-технических работников строительных и проектных организаций и студентов всех специальностей по направлению "Строительство".





   © Головнев С.Г., Красный Ю.М., Красный Д.Ю., авторы, 2012
                © Издательство «Инфра-Инженерия», 2012



ISBN 978-5-9729-0049-7

                             Если все кажется легким, то это безошибочно доказывает, что работник весьма мало искушен и что работа выше его разумения.
Леонардо да Винчи

   Введение

   В современном отечественном строительстве преобладающим является возведение зданий и сооружений из монолитного железобетона. Это в значительной степени связано с тем, что благодаря прекрасным пластическим свойствам бетона из него можно формовать любые индивидуальные конструкции, тем самым создавать архитектурно выразительные застройки и уйти от однотипности планировочных и объемных решений.
   Монолитный бетон по сравнению со сборными железобетонными конструкциями имеет ряд преимуществ: снижаются затраты на создание производственной базы на 40-45 %, на 7-20 % снижается расход металла, до 40 % уменьшается расход бетона.
   Следует однако заметить, что строительство из монолитного железобетона не может быть массовым. Сборный и монолитный железобетон должны применяться в той сфере строительства, где они наиболее выгодны. В настоящее время в отечественном монолитном строительстве трудозатраты в 1,5-2,5 раза выше по сравнению с аналогичными работами в строительных фирмах технически развитых стран. В монолитном строительстве интенсивность твердения бетона в значительной степени влияет на сроки возведения зданий и сооружений, а в зимних условиях кроме того приводит к значительным дополнительным расходам.
   Дополнительные расходы, обусловленные строительством в зимних условиях, составляют примерно одну треть всех расходов за потребляемую энергию [20]. На величину расхода энергии на строительной площадке влияют прежде всего климатические условия, продолжительность выполнения строительных работ и выбор времени года для их начала, способ производства работ, выбор строительных материалов, уровень подготовки производителей работ и исполнителей, а также тщательность выполнения работ. Поэтому строительство в зимних условиях требует долгосрочного планирования и заблаговременной подготовки.


3

   Особенно это относится к возведению зданий и сооружений из монолитного бетона и железобетона для большинства районов России, где зимний период длится более 6 месяцев в году.
   Известно [19, 21, 26], что для твердения бетона до прочности, позволяющей разобрать опалубку, расходуется 15-25 % всего количества энергии, расходуемой на строительной площадке в зимний период. Для уменьшения дополнительных расходов, возникающих в зимних условиях, важно соответствие принимаемых способов выполнения работ и отдельных производственных процессов требованиям зимнего строительства. Поэтому инженер-строитель должен быть знаком с действующими нормативными документами по выполнению строительно-монтажных работ в зимних условиях, уметь производить тщательный анализ возможных методов производства бетонных работ в зимних условиях и, сообразуясь с возможностями строительной организации, принимать правильное решение.
   Современная технология производства бетонных работ позволяет возводить любые по сложности сооружения круглогодично. Фундаментальные исследования и теоретические обобщения И.А. Киреенко, Б.Г. Скрамтаева, В.Н. Сизова, В.С. Лукьянова, С.А. Миронова, И.Г. Совалова, Б.А. Крылова, Н.Н. Данилова, И.Д. Заседателева, А.С. Арбеньева, Б.М.Красновского и других способствовали внедрению в практику отечественного строительства эффективных методов производства бетонных работ в зимних условиях
   Известно [11], что твердение бетона сопровождается совокупностью чрезвычайно сложных явлений, трудно поддающихся в полной мере управлению путем различных воздействий из-за многообразия активных составляющих исходного вяжущего, сложной системы новообразований, многокомпонентности материала и т.д. Процессы гидратации зависят от температуры бетонной смеси, они интенсифицируются при ее повышении, слабеют при понижении. Температурный фактор относится к категории наиболее мощных воздействий на процесс твердения минеральных вяжущих.
   С активным внедрением в строительство индустриальных методов производства бетонных работ возникают новые проблемы в технологии зимнего бетонирования. Требуется переоценка традиционных методов зимнего бетонирования в условиях применения дорогостоящих зарубежных инвентарных опалубочных

4

систем, современных средств транспортирования и укладки бетонных смесей.
    Для большого класса конструкций исключено применение электродного электропрогрева, так как при укладке бетона в инвентарную унифицированную опалубку невозможно использовать стержневые электроды, а попытки оснастить поверхности опалубки нашивными электродами резко сокращают ее оборачиваемость, срок службы и ухудшают поверхность бетона. Применяемые замковые устройства современных опалубок ограничивают возможность переоборудования их в термоактивную опалубку из-за недостаточного пространства для размещения нагревателей, теплоизоляции, экрана и защитного покрытия.
    До недавнего времени в целях улучшения технологии зимнего бетона основные усилия направлялись на разработку и применение противоморозных химических добавок, понижающих температуру жидкой фазы бетона. Однако применяемые добавки не обеспечивают интенсивного нарастания прочности бетона при отрицательной температуре. Для несущих конструкций, которые должны обладать высокой распалубочной прочностью (70 % и более), эффективность применяемых противоморозных добавок считается недостаточной. Преобладающей становится тенденция использовать комплексные добавки, которые, обеспечивая удобо-укладываемость бетонной смеси и конечные физико-механические и деформативные характеристики бетона, создали бы такую скорость его твердения, при которой он приобрел близкую к 100 % распалубочную прочность в течение нескольких суток.
    В учебном пособии на основе обобщения отечественного и зарубежного опыта приведены некоторые практические советы и рекомендации по технологии производства бетонных работ в условиях отрицательных температур.
    Сделана также попытка, хотя бы частично, восполнить недостаточное количество методических и практических публикаций последних лет, посвященных этой весьма актуальной проблеме.
    Книга может быть полезна инженерно- техническим работникам строительных и проектных организаций, а также студентам всех специальностей по направлению «Строительство».
    Авторы признательны рецензенту за ценные рекомендации, которые учтены при редактировании книги.

5

    Глава 1

   ОСНОВЫ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ
   1.1. Кратко об истории развития технологии зимнего бетонирования

   Территория России охватывает районы с очень разнообразной температурой наружного воздуха. Наряду с умеренными климатическими условиями имеются районы, в которых колебания температуры составляют от +40° С до -50° С, а в некоторых районах иногда достигают -70° С.
   Бетон давно завоевал пальму первенства среди строительных материалов, поэтому необходимость строить в любых природных условиях в течение всего года всегда ставила перед учеными и инженерами много проблем, связанных с поведением бетона при разных температурах наружного воздуха.
   На сегодня зимнее бетонирование - одна из важнейших проблем в строительном производстве. Миллионы кубических метров бетона (примерно 75 % общего объема) применяют в конструкциях и сооружениях при отрицательных температурах.
   Интерес к зимнему бетонированию возник в нашей стране давно. Одной из первых публикаций, охватывающих ряд вопросов воздействия отрицательных температур на бетон, была работа Н.И. Богданова «О влиянии низкой температуры на цементные растворы» (1899 год). Крупным обобщением, представляющим большой интерес, явилась книга проф. Н.А. Житкевича «Бетон и бетонные работы», изданная в Петербурге в 1912 г. В главе «Способы возведения сооружений» этой книги приводятся некоторые рекомендации по производству бетонных работ во время мороза.
   В 1919 году вышла книга проф. И.А. Киреенко «Бетонные работы на морозе». Однако до 30-х годов как в нашей стране, так и за рубежом вопросы теории зимнего бетонирования по существу не разрабатывались.
   В 1932 году опубликована монография проф. И.Г. Совалова «Зимние строительные работы». В 1951 году вышла книга проф. В.Н. Сизова «Строительные работы в зимних условиях», а в 1975 году классический труд проф. С.А. Миронова «Теория и методы зимнего бетонирования».


6

   Особенно остро проблема зимнего бетонирования встала в нашей стране в годы первой пятилетки. Планы развития народного хозяйства выдвинули требование перейти от сезонного производства всех видов строительных работ к круглогодичному.
   Это касалось не только районов с умеренным климатом, но также и районов, где температура наружного воздуха понижается до -30° и даже до -50° С, а число зимних месяцев в году достигает 6 или даже 8.
   Первые важные объекты первой пятилетки в зимнее время сооружались в тепляках, в которых создавались искусственные «летние» условия. Такая технология требовала чрезвычайно больших затрат труда рабочих, расхода пиломатериалов и топлива. В это время еще только начиналась разработка более экономичных методов выполнения бетонных и железобетонных работ в зимнее время.
   В 1933 - 1934 гг. проф. Б.Г. Скрамтаевым и проф. В.С.Лукьяновым был разработан научно обоснованный метод «термоса», т.е. метод укладки бетона на морозе с утеплением его в конструкциях на необходимый срок. Этот срок определялся по данным теплотехнических расчетов остывания бетона и интенсивности его твердения.
   В зимний период 1932 - 1933 гг. под руководством А.К.Рети осуществлен электропрогрев железобетонных конструкций на строительстве промышленного здания в Кунцеве, а уже в 1933 г. применение электропрогрева регламентируется техническими условиями на производство бетонных и железобетонных работ в зимнее время. С этого времени Советский Союз стал центром исследований и широкого применения электропрогрева.
   Работы П.И. Боженова, Р.В. Вегенера, О.А. Гершберга, В.М. Медведева, С.А. Миронова, А.В. Саталкина, А.К. Рети и других показали большие преимущества электропрогрева и хорошее качество полученного с его помощью бетона. Этот метод с 1936 -1937 гг. становится одним из наиболее распространенных при зимнем бетонировании.
   Следует отметить, что в исследованиях, проводившихся в 1930 - 1950 годы, не уделялось достаточного внимания физико -химическим процессам, изменению структуры и прочности бето

7

на в зависимости от температуры окружающей среды и бетонной смеси. В последующих исследованиях установлена зависимость между нарастанием прочности бетона на разнообразных цементах и температурой твердения. Полученные закономерности внесены в нормативные документы и используются при разработке проектной документации.
   Бурное развитие жилищного и промышленного строительства конца 50-х годов потребовало новых технологических решений. Появились новые методы зимнего бетонирования (Б.А. Крылов, Н.Н. Данилов, А.С. Арбеньев и др.) и совершенствовались уже известные методы - применение противоморозных добавок, комбинированных и других методов.
   Результаты многих исследований, выполненных до 1975 года, были обобщены на II Международном симпозиуме по зимнему бетонированию[11]. На симпозиуме обсуждались вопросы твердения и физико-механических свойств зимнего бетона, а также методы производства бетонных и железобетонных работ.
   В последующие годы с преобладающим строительством жилых и гражданских зданий, где монолитный бетон занял главенствующее место в технологии бетонных работ, произошли существенные изменения. Стали широко применяться автобетоносмесители и бетононасосы, индустриальные опалубочные системы. Значительно повысились марки (классы) применяемых тяжелых и легких бетонов (прил. 1). Использовались различного рода добавки. Появились легкие теплоизоляционные материалы, различные электронагреватели, греющие провода и кабели, термоопалубки, приборы для измерения температуры твердеющего бетона и средства автоматического управления режимами выдерживания конструкций.

   1.2. Льдообразование в бетоне

   Бетонами называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси из минерального или органического вяжущего вещества с водой, мелкого и крупного заполнителя, взятых в определенных пропорциях. До затвердевания эту смесь называют бетонной смесью. Активной составляющей бетона является цементный камень (цемент, вода), который играет основную

8

роль в образовании его структуры и прочности, а также морозостойкости и водонепроницаемости.
   На процессы твердения цементного камня оказывают влияние следующие основные факторы: свойства применяемого цемента, соотношение между цементом и водой (Ц/В), вводимые добавки, степень уплотнения бетонной смеси, тепловлажностный режим выдерживания. Для успешного прохождения процессов твердения цементов требуется благоприятная температура, соответствующая влажностная среда и время, а для достижения заданной прочности в короткие сроки должны быть созданы специальные режимы твердения.
   Вода является обязательной частью активной составляющей бетона. Фазовые переходы воды (кристаллизация, плавление, конденсация и испарение) связаны с выделением или поглощением тепла. Поскольку вода является составной частью бетона, указанные свойства необходимо уметь использовать в процессе приготовления, транспортирования, укладки и тепловой обработки бетонной смеси, а также при эксплуатации бетонных конструкций.
   При производстве бетонных работ в зимних условиях необходимо учитывать фазовые превращения воды и принимать специальные меры для создания благоприятных температурновлажностных условий твердения бетона. При отрицательной температуре в бетонной смеси вода, замерзая, не сразу переходит в твердое состояние. По мере понижения температуры количество воды в жидкой фазе уменьшается и при температуре ниже - 10° С ее остается очень мало.
   В НИИЖБе под руководством проф. С.А. Миронова в лаборатории ускорения твердения бетона были проведены исследования льдистости (процентное отношение количества льда к массе химически несвязанной воды) в цементных пастах, растворах и бетонах различного состава. В табл. 1.1 [24] приведены данные об уменьшении количества льда с увеличением возраста бетона на плотных заполнителях.
   В качестве вяжущего применялся портландцемент марки 400, а заполнителей - гранитный щебень и песок. Льдистость определялась в зависимости от понижения температуры и прочности в процентах от R ₂₈.

9

Таблица 1.1

Содержание льда в тяжелом бетоне, замороженном в различном возрасте

                          Льдистость бетона, %                     
Темпера-   замороженного  замороженного при прочности, % от R28    
тура, ° С сразу после ук- 15      50          70          100     
               ладки                                              
   -3           91        43      20          14           10     
   -5           92        58      27          22           18     
-10             92        66      42          38           33     
-15             93        73      58          44           41     
-20             94        74      63          49           43     
-30             96        78      65          54           49     
-45             97        87      68          57           52     

   Как видно из табл. 1.1, на процесс льдообразования большое влияние оказывает время предварительного выдерживания бетона до замораживания, т.е. набор определенной прочности. В бетонной смеси, подвергнутой замораживанию без предварительного выдерживания, большая часть воды (91 %) переходит в лед при температуре - 3° С. Количество льда, образовавшегося при температуре - 1° С, не превышает 20 % от воды затворения. Этим можно объяснить твердение бетона при небольших отрицательных температурах.
   При более низких отрицательных температурах вода не успевает перераспределяться: мигрировать из более теплых слоев бетона к холодным, насытить их и образовать водные, а затем и ледяные включения и линзы. Это обычно наблюдается при замерзании бетона в самом раннем возрасте. Характерно, что отрицательные температуры, близкие к 0° С, оказывают зачастую более вредное влияние [24]. Замораживание бетона в более раннем возрасте вызывает потери прочности до 40 % от R ₂₈.
   С.А. Миронов приводит пример замораживания бетона на различных цементах сразу после приготовления при температурах - 2, - 5, - 10 и - 20° С. Наибольшие потери прочности (44 %) получены при замораживании образцов при температуре - 2° С, затем при - 5° С (38 %) и меньше при - 10 и - 20° С (20-25 %). Причины больших потерь при более высоких отрицательных температурах заключаются в более медленном остывании этих образцов и возможности миграции влаги, создающей лучшие усло

10